Os pesquisadores da BASF forneceram informações sobre a seleção das matérias-primas certas e a criação de dispersões, além de oferecerem algumas dicas para solução de problemas.
O interesse dos formuladores no uso de óxido de zinco em formulações de protetores solares está aumentando, impulsionado pelo clima regulatório atual em torno dos filtros UV. A crescente demanda do consumidor por informações sobre a segurança e a finalidade dos ingredientes nos produtos que eles compram, deu origem a um novo segmento de mercado para formulações seguras que não comprometem a eficácia. O óxido de zinco é há muito tempo reconhecido pelos consumidores como um ingrediente seguro e eficaz, especialmente como um filtro UV mineral. Essa confluência de fatores faz do óxido de zinco o filtro UV ideal para o mercado de cuidados com o sol.
Atualmente há um número crescente de lançamentos de filtro solar com óxido de zinco. Usando dados da Mintel, estima-se que os lançamentos de filtros solares nos EUA, usando apenas óxido de zinco como filtro UV, aumentou cerca de 20% entre 2017 e 2018, enquanto os novos lançamentos de filtros solares contendo todos os filtros químicos químicos estão em declínio desde 2014.
As formulações de óxido de zinco estão crescendo em popularidade. Dependendo do óxido de zinco específico, ele pode suportar claims de "livre de" e "limpo". Se formulado adequadamente, também é eficaz em formulações resistentes à água.
Leia também: Praia, sol e ... Qual FPS adequado para minha pele?
Dicas de Formulação
O óxido de zinco é um filtro UV de amplo espectro que protege a pele dos raios UVB e UVA. Além disso, possui cobertura UVA de maior comprimento de onda, o que contribui para sua popularidade. É provisoriamente classificado como um filtro UV de categoria 1 (seguro e eficaz) na monografia de filtros solares do FDA. Para maximizar o desempenho do óxido de zinco, é necessário seguir técnicas de formulação adequadas.
Dispersões: Uma dispersão adequada é essencial para o desempenho ideal de um produto protetor solar. Proporciona melhor proteção UV e melhora a estabilidade, e o clareamento reduzido melhora o apelo cosmético. Para obter uma dispersão adequada, são selecionados emolientes adequados para criar a dispersão e são utilizadas técnicas de processamento apropriadas. A microscopia óptica é uma técnica que ajuda a avaliar se a dispersão é satisfatória ou não. Ao analisar no microscópio, deve-se ver uma representação uniforme da dispersão, como mostrado na imagem B abaixo. A imagem A é uma representação de uma dispersão mal feita, uma fórmula manchada e não uniforme, e sugere que as partículas de óxido de zinco estão aglomeradas.
Microscopia óptica de diferenças de dispersão para óxido de zinco em uma emulsão. (A) Dispersão inadequada (B) Dispersão adequada.
Seleção de emolientes: os emolientes são normalmente usados por sua contribuição estética para uma fórmula; no entanto, deve-se considerar atributos como polaridade. Os pós de óxido de zinco não tratados requerem emolientes de alta polaridade para fazer dispersões uniformes, e estes devem ser adicionados à fase oleosa. Emolientes de alta polaridade, como cocoglicerídeos ou adipato de dibutil, são ótimas considerações para o óxido de zinco não tratado. Além disso, pós de óxido de zinco não tratados podem ser adicionados à fase aquosa. A pré-mistura do óxido de zinco com um emoliente solúvel em água ajuda a melhorar a dispersão e permite a incorporação da fase aquosa.
Os pós de óxido de zinco tratados com superfície permitem excelentes dispersões com uma ampla gama de emolientes, dependendo do revestimento. Quanto mais hidrofóbico for o revestimento, menor será a polaridade do emoliente necessária para criar uma boa dispersão.
O óxido de zinco revestido com tretoxicoprililsilano disperso em diferentes emolientes à temperatura ambiente apresentou resultados diferentes. Emolientes de baixa polaridade, como o carbonato de dicaprilil, o caprilato de propil-heptil e o poliisobuteno hidrogenado, produziram melhores dispersões com óxido de zinco tratado, em comparação com os cocoglicerídeos, que apresentam maior polaridade.
Dispersão em óleo: Recomenda-se a adição de óxido de zinco como o último ingrediente na fase oleosa enquanto a fase oleosa está quente, pois ela permite que outros sólidos derretam primeiro. Com esta técnica, a viscosidade da fase oleosa é baixa com a adição do óxido de zinco. Em seguida, misture bem para umedecer as partículas, desloque as bolsas de ar e homogeneize a fase oleosa para otimizar a dispersão. Homogeneizar adequadamente durante a emulsificação; as partículas não devem ser visíveis a olho nu e a consistência deve aparecer como tinta. É uma prática recomendada "testar a superfície preta" do produto final para garantir uniformidade e dispersão adequada.
As fotos acima demonstram como a dispersão pode parecer durante cada etapa do processo. As fotos à esquerda demonstram como a dispersão pode parecer durante cada etapa do processo. O canto superior esquerdo representa a mistura a frio sem homogeneização, enquanto o canto superior direito representa a mistura a quente sem homogeneização. As imagens de baixo são representações da mistura quente após o processo de homogeneização da fase oleosa.
Para um derramamento a quente bem-sucedido, derreta todos os sólidos na fase oleosa, adicione ZnO e misture bem para deslocar as bolsas de ar; homogeneizar até uniforme e misturar continuamente até encher próximo à temperatura ideal de enchimento.
Dispersão em água: Dispersão em água pode ser considerada para pós de óxido de zinco não tratados. A pré-mistura com um umectante ou emoliente solúvel em água pode melhorar a dispersão. Após esta etapa, sugerimos a mistura na fase aquosa até uniformizar e realizar a homogeneização adequada da emulsão.
Leia também: Radiação ultravioleta e a pele
Dicas adicionais
Recomenda-se um pH de 7,1 ou superior. Abaixo do pH 7, os íons de zinco divalentes começarão a se formar, e esses íons migrarão para a fase aquosa e causarão instabilidade na formulação.
Lembre-se de que o Zn2 + pode interagir com modificadores de reologia, formadores de filmes e emulsificantes. O uso de um material revestido ajuda a minimizar a migração de íons. Os polímeros derivados de acrilato são sensíveis ao Zn2 +, pois formam complexos levando à ruptura da matriz polimérica e perda de estabilidade. Este efeito é ainda mais pronunciado com o óxido de zinco não revestido.
O uso de um agente quelante é útil na fase aquosa. Agentes quelantes como EDTA dissódico podem ajudar a reduzir a extensão dessas interações, pois ajudam a ligar alguns dos íons que podem se formar na formulação. Durante a formulação, o pH pode aumentar. Se necessário, quando o pH for maior que 7,5, use agentes tamponantes (ácido cítrico, ácido lático ou outros) para diminuir o pH da fórmula para não menos que um pH de 7,1. Lembre-se de verificar o pH em 0 e 24 horas e ajustar conforme necessário antes da fabricação. Durante o teste de estabilidade, o pH pode subir, mas esse é um fenômeno normal e deve parar antes que o pH seja muito alto. Preste atenção, pois o pH não deve subir acima de 8,0.
Modificadores de reologia: A escolha entre um modificador de reologia não iônica e uma iônica é importante. Modificadores de reologia não iônicos são ótimos para uso com filtros UV inorgânicos. Alguns espessantes recomendados para uso com filtros inorgânicos são ingredientes como goma xantana, argilas e espessantes à base de celulose, incluindo hidroxietil celulose e hidroxipropilmetil celulose. Modificadores de reologia iônica afetarão o pH, o apelo cosmético e o desempenho UV. O ZnO não revestido é incompatível com modificadores de reologia iônica (como carbômeros). Embora um ZnO revestido possa ser usado com cautela, é provável que a emulsão se separe ou mostre sinais de instabilidade.
Emulsificantes e estrutura da emulsão: O óxido de zinco pode ser facilmente incorporado nos sistemas de emulsão de água em óleo (A / O) ou óleo em água (O / A). No entanto, emulsões A / O geralmente são recomendadas ao trabalhar com filtros solares inorgânicos. Normalmente, as emulsões A / O oferecem melhor desempenho UV devido a um filme mais consistente na pele, mas é possível obter um desempenho UV igualmente eficaz com formulações O / A. As emulsões de A / O proporcionam uma sensação mais pesada e substancial, mas também fornecem resistência à água incorporada na formulação. A principal vantagem das emulsões A / O é que o pH não é motivo de preocupação, pois o óleo é a fase externa. Eles são ideais para uma combinação de óxido de zinco e dióxido de titânio. Boas opções para emulsificantes não-iônicos para emulsões A / O incluem dipol-hidroxiestearato de poligliceril-2 e diisostearato de poligliceril-3.
As emulsões O / A proporcionam uma sensação mais leve e luxuosa, altamente valorizada pelo consumidor. Se a resistência à água é desejada para uma fórmula O / A, um polímero resistente à água deve ser adicionado à formulação. Ao fazer uma emulsão O / A, considere todos os parâmetros da formulação. É recomendável usar apenas emulsificantes não iônicos e modificadores de reologia em uma emulsão O / A contendo óxido de zinco. Aconselhamos a não utilização de emulsificantes iônicos, especialmente em sistemas O / A, pois eles podem causar uma alteração no pH (para cima ou para baixo) que pode afetar a estabilidade da formulação, afetando o apelo cosmético e o desempenho da triagem por UV do produto. Algumas sugestões de emulsificantes não iônicos para sistemas O / A são estearatos, glicosídeos e oleatos. Recomenda-se que a formulação seja um pH mínimo de 7,1, usando gomas naturais ou espessantes não iônicos. Quando se trata de carregamento de densidade, com altas cargas de óxido de zinco, as gotículas de óleo se tornam mais densas que a fase aquosa, o que causa aglomeração e sedimentação de gotículas. Portanto, recomenda-se aumentar a concentração de emulsificantes e modificadores de reologia, se isso ocorrer.
Seja desenvolvendo uma emulsão água em óleo ou óleo em água, é imperativo que sejam tomadas medidas para garantir uma dispersão adequada. Para qualquer emulsão, a dispersão adequada ajuda a mitigar o clareamento, além de melhorar a eficácia, a estabilidade e o apelo estético da formulação final.
Leia também: Importância da proteção UVA em protetores solares
Dicas de soluções de problemas
As sugestões a seguir ajudarão os formuladores a identificar o que pode estar causando instabilidade em suas formulações. Se o óxido de zinco se estabilizar em altas temperaturas, é mais provável que seja devido à incompatibilidade de ingredientes ou incompatibilidade entre os ingredientes da fórmula ou à falta de agentes de suspensão na fórmula. Recomendamos aumentar o espessante ou agente de suspensão na fórmula, se isso for observado. Se uma aparência semelhante ao queijo cottage é observada, geralmente é causada pelo uso de um espessante à base de acrilato na fórmula. Pode não ser perceptível se o espessante de acrilato ou o nível de óxido de zinco estiver baixo, mas a fórmula se separará com o tempo. A aparência de queijo cottage também pode ser causada por ingredientes incompatíveis.
A observação da composição de outras matérias-primas na formulação é imperativa, pois outros ingredientes não-ativos podem não ser 100% ativos (bioativos são um exemplo) e podem conter um espessante ou outro ingrediente que pode ser incompatível com óxido de zinco. Se houver separação, isso pode ser causado pela concentração do emulsificante ou do espessante e o formulador deve considerar a alteração da quantidade do emulsificante ou do espessante. Se houver um aumento no pH ao longo do tempo, isso geralmente indica que um emulsificante iônico foi usado e está causando o aumento do pH. Se a formulação apresentar aparência granulada, é provável que isso ocorra devido à falta de dispersão adequada, que pode ser causada por más escolhas emolientes. Sugerimos que o formulador inspecione opções emolientes para garantir uma correspondência de polaridade. Uma aparência granulada também pode indicar que há uma reação entre íons de zinco e dispersantes divalentes.
É possível trocar o nano por óxido de zinco não nano em formulações. O formulador precisará considerar a diferença de densidade entre os dois tipos de óxido de zinco. Mudar de uma partícula não-nano para uma nano pode ser uma substituição fácil. Substituir nano por não nano requer um pouco mais de cuidado, pois pode haver problemas na fórmula devido a partículas mais pesadas. Para esse tipo de comutador, o formulador pode considerar um aumento de modificadores e emulsificantes reológicos.
No geral, ao formular com óxido de zinco em pó, é recomendável que os formuladores usem um óxido de zinco revestido, se possível. Um material revestido minimizará a migração de íons e permitirá ao formulador mais opções de emolientes não polares que podem ser usados para criar a dispersão. É possível, é claro, usar material não revestido, mas deve-se tomar precauções extras para mitigar a migração de íons. Também é recomendável que os formuladores considerem fortemente as emulsões de água em óleo ao formular com óxido de zinco. Com este tipo de formulação, não há preocupação em controlar o pH.
A BASF oferece uma linha completa de filtros UV de óxido de zinco (Z-Cote) para ajudar os formuladores a obter produtos eficazes de proteção solar. Eles oferecem os seguintes benefícios: Proteção de amplo espectro, comprimento de onda crítico acima de 370nm, baixo clareamento em vários tipos de pele, fotoestabilidade, estética sem manchas e não oleosa, longa história de uso seguro e são mais eficientes do que outros produtos líderes em óxido de zinco para atingir o SPF alvo (com base em dados in vitro).
Os filtros UV Z-Cote são oferecidos em pó, dispersão vazável, nano, não nano, formas revestidas e não revestidas. Os pós permitem flexibilidade na formulação, mas precisam de atenção adequada para garantir a dispersão adequada para o desempenho maximizado. Portanto, a BASF oferece pós e uma forma de dispersão. Verifique o nível de uso permitido com as autoridades locais.
A BASF também oferece espessantes, emolientes e emulsificantes para atender às suas necessidades de formulação, incluindo espessantes como Rheocare XGN (INCI: goma xantana) e emulsificantes como Lameform TGI (INCI: diisostearato de poligliceril-3) e Dehymuls PGPH (INCI: dipolidroxiestearato de poligliceril-2) ) Estes são emulsificantes de A / O, e recomendamos emulsões de A / O ao trabalhar com óxido de zinco para ajudar na facilidade de formulação. A BASF também oferece emolientes - as opções de óxido de zinco revestidas incluem Cetiol CC (INCI: variante de dicaprilil), Luvitol Lite EM (INCI: poliisobuteno hidrogenado) e Cetiol Sensoft (INCI: caprilato de propilheptilo); para opções de óxido de zinco não revestidas incluem Myritol 331 (INCI: Cocoglicerídeos) e Cetiol B (INCI: adibutato de dibutil).
Mais informações estão disponíveis online em www.carecrations.basf.us ou via e-mail beautycare-na@basf.com
Fonte: HAPPI - Anna Gripp, Nicole Paraszczuk, Juan Brito, BASF Care Creations, North America
