Filtros Solares: ¿Por qué las siliconas deben ser consideradas en...
41
Filtros Solares: ¿Por qué las siliconas deben ser consideradas en su formulación? A. Urrutia , I. Van Reeth, M. Starch Presentado por: Elideth Castillo Dow Corning Corporation Marzo, 2012
Transcript of Filtros Solares: ¿Por qué las siliconas deben ser consideradas en...
Filtros Solares: ¿Por qué las siliconas
deben ser consideradas en su
formulación?
A. Urrutia, I. Van Reeth, M. Starch
Presentado por: Elideth Castillo
Dow Corning Corporation
Marzo, 2012
2
Contenido
Mercado de protección solar
Necesidades del Mercado
Consideraciones de la Formulación
Porque las siliconas deben ser
consideradas
Capacitaciones de Dow Corning
Formulaciones ilustrativas
3
América Latina
Nuevos Lanzamientos con
Protección FPS
Ene 2011-Marzo 2012
Protección de Piel y Color con FPS = 313
95
60
4
44
94
16
Cosméticos de color para labios
Cosméticos faciales de color (maquillaje, corrector y polvo)
Cuidado corporal
Cuidado facial y cuello
Protección solar
Otros
4
Del mercado a la mesa de trabajo
DISEÑO DE LA FORMULACIÓN
Condición de la piel
Selección de los activos
Propiedades de los materiales activos
Estructura química de los materiales
Balanceo de eficacia, durabilidad y conforto
NECESIDADES DEL MERCADO
Desempeño FPS
– Eficacia (PA+++, 4
star, UVA)
Textura y sensorial mejorados
– Textura liviana y agradable
– No grasoso, no pegajoso
– Sin formación de residuo blanco
Conveniencia – Resistencia al agua
– Larga duración
5
Diseño de la Formulación
Activos
Vehículos
Emulsificantes Modificadores
de Reología
Formadores de
Película
Humectantes
&
Emolientes
Eficacia
Sensorial
&
Conforto
Conveniencia
La interacción de los ingredientes impactan
el desempeño del producto final
Siliconas son usadas para muchas
aplicaciones distintas
6
Restricciones de Propiedad Intelectual
Formulaciones con alta protección UVB pueden ser fácilmente
obtenidas sin restricciones de patentes.
Foto protectores con alta protección UVA (PA++ o más) son difíciles
de ser obtenidos debido a restricciones de propiedad intelectual
NÚMERO DE LA PATENTE APLICACIÓN CESIONARIO
(5 576 354), (5 993 789), (6 033 649),
(6 491 901), (6 890 521 & 6 899 866),
(6 071 501), (6 368 578) Foto estabilidad de la Avobenzona
LOreal, CPH
Innovations, DSM, BDF,
P&G
(5 827 508), (6 485 713), (6 537 529),
(6 770 270) Combinación de Avobenzona y ZnO P&G CPH Innovations
EP 0748624 Combinación de Avobenzona y TiO2 LOreal
(5 667 765), (6 423 302), (5 928 629) Solubilidad de Filtros Solares LOreal, BDF
(6 048 517), (6 699 461), (6 699 460)
EU 1 027 881, (6 627 180) Combinación de ingredientes activos Schering-Plough,
LOreal
(5 587 148), (JP 58-043912), (JP 60-
231607), (5 032 390), (5 340 567), (6
942 878) Tamaño de partícula de filtros inorgánicos
BASF,Shisheido,
Kobayashi Kose, Kao,
J&J, Showa Denko
7
Ingredientes Funcionales- Propiedades de los Materiales
Propiedades de
Materiales Funcionales
Humectantes
&
Emolientes
Modificadores
de Reología
Vehículos
Emulsificantes
Formadores
de Película
8
Las propiedades de materiales funcionales pueden
afectar la estabilidad y eficacia del producto
Mojabilidad
Esparcimiento
Permeabilidad
Solubilidad
Hidrofobicidad
Texturas
Sustantividad
Eficacia de Filtros UV
Propiedades de Materiales Funcionales
9
Una gota de agua en un sustrato de
algodón recubierto con
polidimetilsiloxano. Los grupos metilos
son los responsables por la
hidrofobicidad del sustrato
(photograph courtesy of A. Goodwin, D. Futter, A. Hynes and S. Leadley, Dow Corning Plasma Solutions).
Si O
Si O
H 3 C CH3 H 3 C CH3
La flexibilidad de la cadena principal de siloxano es
única. La ligación Me2Si-O está girando
constantemente.
Permeabilidad e Hidrofobicidad
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
Ce
ra A
lquil
Me
til
Silo
xa
no
Ce
ra A
lquil
Me
til
Silo
xa
no
Permeabilidad al Vapor de Agua (TEWL)
Niveles más altos de O2 transcutáneo es requerido para el crecimiento de los
queratinocitos, donde una tensión de oxígeno más baja promociona la proliferación de
los fibroblastos, la producción de los factores de angiogénesis, así como la síntesis de
colágeno [4]
Ace
ite
Min
era
l
Pe
tro
lato
0
20
40
60
80
100
120
140
Pe
rme
ab
ilid
ad
(g
m/c
m(2
)/h
r)
Dim
etico
na
[1,2,3]
11
normal seco hidratado
Bajo
Alto
TE
WL
En la piel normal, agentes oclusivos/hidratantes aceleran la TEWL por un aumento hidratación-inducido del coeficiente de difusión del agua a través del estrato corneo [1]
Propiedades de Película
12
Mojabilidad
Preservación del Ecosistema
– Suavidad
– Resiliencia
– Barrera a los agentes externos
Dispersión en la superficie de la piel para formar una película uniforme y efectiva
Proceso de adherencia de la película en la piel
Mojabilidad Es un factor importante
para la función
protectora de la piel
13
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
En áreas seborreicas (frente) la
superficie de la piel es menos
hidrofóbica, con una tensión
superficial crítica de 50 mN/m.
En áreas con baja cantidad de
sebo (antebrazo), la superficie de
la piel es más hidrofóbica, con una
tensión superficial de 27.3 mN/m.
gL < gCs
Un líquido con tensión superficial
más baja que la tensión superficial
crítica de un sólido va mojarlo
completamente.
Polidimetilsiloxanos tienen baja tensión superficial, con una tensión
superficial crítica de aproximadamente 24 mN/m y una tensión superficial
líquida de aproximadamente 20.4 mN/m a 20ºC.
Mojabilidad
14
Comparación de la tensión superficial de
materiales orgánicos vs. Siliconas
Materiales Orgánicos
Tensión
Superficial
Liquidos glv
mN/m
Siliconas
Tensión
Superficial
Líquidos
glv N/m
Ethylhexyl Benzoate
35.1
Silicone Polyethers
21-37
C12-15 Alkyl Benzoate 35.1 Bis-Hydroxyethoxypropyl Dimethicone 24
Capric Caprilyc Trygliceride 30 Hexamethyldisiloxane 15.3
Homosalate 43.0 ± 5.0 Polydimethylsiloxane 20
Ethylhexyl salicylate 38.76 Volatile Alkyl Methyl Siloxane Fluid 20.4
2-Ethylhexyl p-
methoxycinnamate 35.2 Cyclomethicone D5 17.7
Octocrylene 41.5 Cyclomethicone D6 18.2
Benzophenone-3 42.1 Volatile Polydimethylsiloxane 17.5
Butyl
Methoxydibenzoylmethane 38.7
15
Dispersiones de Filtros Físicos
Una dispersión apropiada de TiO2 y ZnO es crítica para
obtener una cobertura efectiva de filtro solar en la piel.
• Mojabilidad
• De-aglomeración
• Estabilización
El tamaño de partícula de los filtros inorgánicos va a
determinar la absorción y la dispersión de la luz UV, y
consecuentemente, la eficiencia UVA y UVB.
16
Dispersiones de Filtros Físicos
Mojabilidad de TiO2 y ZnO2
Absorción preferencial
Propiedades de tensión
superficial del pigmento y
del vehículo
Viscosidad de la mezcla
resultante
CPVC= 1
1 + OA * r p r
w
* 100
Densidad de pigmento
Absorción de la grasa
Densidad del agente humectante
17
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
“Bis-hydroxyethoxypropyl dimethicone” es efectivo en
la preparación de dispersiones de filtros físicos.
[1]
Viscosidad cst
Filtro
Físico
Fluido de Silicona
Carbinol
Triglicéridos
Cáprico/Caprílico
TiO 2 ~5000 >200,000
18
Esparcimiento
Hidrocarburo
no iónico
surfactante
Surfactante
Siloxano
[1]
19
Esparcimiento y Reología
Dependiendo de la
viscosidad del fluido
mojante, la magnitud
de la fuerza motriz de
la mojabilidad [2]
Fluidos de alta viscosidad
esparcen más lentamente
Fluidos de baja viscosidad
esparcen más rápido
Para obtener factores de fotoprotección más altos, el producto final
debería ser capaz de formar una película con espesura suficiente
en la piel. [3] .
20
Requerimientos de Formación de Película
Formación de película
Mojabilidad
Reología – “Shear Thinning”
– Bajo tiempo de recuperación después del esparcimiento
– Tixotropía baja, pero finita
Compatibilidad
21
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
Stearyl Dimethicone
•Compatibilidad orgánica
mejorada (vs PDMS)
• Sustantividad mejorada (vs
PDMS)
• Reduce la TEWL
Stearyl Dimethicone tiene propiedades tixotrópicas que
imparten alta viscosidad en el reposo y baja viscosidad
durante el esparcimiento.
2
2 2
2 2
2 2
2 2 2 2
2
2
2 2
2 2
2 2
2
1
1
1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1000 0 200.0 400.0 600.0 800.0 shear rate (1/s)
80.00
0
10.00
20.00
30.00
40.00
50 .00
60.00
70.00
1. Dow Corning 2503 Cosmetic Wax
2. Control
Sh
ea
r str
ess [
Pa
]
22
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
Stearyl Dimethicone hace una mezcla homogénea con los
absorbedores de luz UV, incrementando el FPS
FPS versus % Filtro UVB
20
25
30
35
40
45
50
11%UVB 11%UVB + 2% AMS 8 % UVB + 2% AMS 6 % UVB + 2% AMS
VA
LO
R D
E F
PS
[1]
Stearyl Dimethicone
23
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
1
10
100
1,000
10,000
100,000
1,000,000
1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02
Rate [s-1
]
Str
es
s [
dy
ne
/cm
2]
Vis
co
sit
y [
Po
ise
]
13% Elastomer
stress(t)
10% Elastomer
stress (t)
Rampas de cizallamiento (0-5,000 dinas/cm2) para una mezcla de elastómero
de silicona en 2 niveles
Mezclas de elastómero de silicona son productos viscosos
con la característica única de ser materiales que bajan la
viscosidad debajo de cizallamiento.
24
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
Geles de elastómero de
silicona Sistema O/W con 4 % de filtro
orgánico UVB puede
incrementar el FPS desde 5.7
hasta 16.0 (medición de FPS in
vivo)
Incremento del FPS con elastómeros de silicona y filtros orgánicos
[1] 0
2
4
6
8
1 0
1 2
1 4
1 6
1 8
N o 9 0 4 0 4 % 9 0 4 0
FP
S E
stá
tico
(In
-Viv
o)
Sin silicona
4 % de Elastomero de silicona
25
Sustantividad
Estructura Química
Peso molecular
Funcionalidad
Sustantividad de los alquilmetilosiloxanos en la
piel humana – porcentaje de retención de la
película aplicada después del lavado
Lavado Aceite de
visón AMS con
baja MM
AMS con
Alta MM
1 23 34 61
2 9 24 52
3 6 18 40
4 3 12 32
5 5 10 26
26
Sistema Agua-en-Aceite
Resistencia al enjuague in vivo: Filtros solares orgánicos
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
OMC Avobenzone
[1] Simulador de enjuague 700 de Diastron. Tiempo de lavado: 180 seg
27
Selección del Solvente
Parámetros de
Solubilidad
Polaridad
Volatilidad
Compatibilidad
Lambda Max
Coeficiente de extinción molar
Efectos
UVB UVA
Ultravioleta
UVC
Luz Visible Infrarojo
400 500 600 700 800 320 290 100
28
Efecto de los Solventes
[1] Para garantizar la estabilidad de las formulaciones foto protectoras, el filtro UV debe permanecer solubilizado y uniforme a través de la formulación para una vida útil aceptable y cubrimiento de la piel.[3]
INGREDIENT dd dp dh dt
Octyl salicylate 16.77 2.87 10.46 19.97
Homosalate 16.81 2.82 10.37 19.95
2-Ethyl Methoxycinnamate 16.82 2.25 5.89 17.96
Benzophenone-3 13.91 5.31 11.48 18.79
Dicaprylyl Carbonate 15.92 1.97 5.58 16.98
Caprylic Capric Tryglyceride 16.11 2.44 13.64 21.25
PPG-3 Myristyl Ether 16.40 2.08 8.39 18.54
C12-C15 Alkyl Benzoate 17.08 1.99 8.71 19.27
HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS (d) SI UNITS (MPa 1/2
)
29
Efecto de los Solventes
Las interacciones de los filtros polares con solventes también polares causarán un cambio del espectro de absorción UV hacia valores más bajos de longitud de onda. [2]
La eficacia de los filtros es a menudo influenciada por los solventes
en los cuáles están solubilizados. Cambios hipsocromicos y
batocromicos en la “l max” son relacionados a sus estructuras y su
polaridad. [1]
Interacciones de filtros menos polares con solventes polares causarán un cambio del espectro de absorción UV hacia valores más altos de longitud de onda. [2]
l nm 200 300 400
200 300 400 l nm
l max =311
l max =311
30
..
..
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
[2]
El fluido de silicona carbinol tiene una estructura ABA única y
su pequeño componente orgánico (EO1) provee un perfil
novedoso de compatibilidad polar/no polar [3][5].
[2]
oxybenzone
(Octyl-p-methoxycinnamate)
Los cambios en el espectro UV son debidos a los bajos grados
relativos de solvatación por el emoliente en su estado
fundamental y su estado excitado [1].
S1
T1
So estado fundamental
calor
e Coeficiente
de extinción
flu
ore
sce
ncia
En
erg
ia
phosphore
scence
31
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Control
PEG-12 Dimethicone
Bis-PEG-18 methyl ether
dimethyl silane
PEG/PPG 15-15 dimethicone
Bis-Hydroxyethoxypropyl
dimethicone
Phenyl Trimethicone
Cetyl Dimethicone
In Vitro SPF
FPS In vitro para siliconas organofuncionales
Porque las siliconas deben ser consideradas
[1]
[2] [4]
Formulación Prototipo de Gel-
Crema
Nombre INCI %wt
Ethylhexyl
methoxycinnamate 7.5
Ethylhexyl salicylate 5
Silicona 5
El fluido de silicona carbinol–
aumenta ~12% la intensidad de la
absorbancia
32
Textura
Flexibilidad
Fase Aceite
Loción
Fluida
Gel/Crema
Espeso
Siliconas Orgánicos Siliconas + Orgánicos
PEG/PPG-19/19 Dimethicone (and)
C13-16 Isoparaffin (and) C10-13
Isoparaffin
Lauril PEG/PPG-18/18
Meticona
Cyclopentasiloxane (and) PEG12
dimethicone Crosspolymer
Silicone Elastomer Blend
Ciclopentasiloxane (and)
PEG/PPG-18/18 Dimethicone
Formulation Aid
Formulaciones Agua-en-Silicona con emulsionantes de silicona Textura Vs. Flexibilidad de la Fase Aceite
Estabilidad y Funcionalidad
33
Emulsionantes de Silicona Agua-en-Aceite
Mejoran la resistencia al enjuague con filtros solubles en agua
W/O : Lauril PEG/PPG-18/18 Meticona
formulation aid + 3 % Parsol HS
¿Por qué las siliconas deben ser consideradas?
O/W : Cetyl phosphate + 3 %
Parsol HS
[1]
Simulador de enjuague 700 de Diastron. Tiempo de lavado: 180 seg
0
10
20
30
40
50
60
O/W W/O
53 %
< 1 %
Resistencia al enjuague de activos solubles en agua
0
10
20
30
40
50
60
O/W W/O
% d
e f
iltr
os
so
lare
s e
nju
ag
ad
o
53 %
< 1 %
34
Capacitaciones de Dow Corning para
Protección Solar
Dow Corning ofrece una gama de ingredientes
y soluciones para protección solar - una línea
completa de elecciones para ayudar a nuestros
clientes a atender exactamente las
necesidades del mercado.
35
Cyclomethicone
PDMS de bajo PM • Vehículo Volátil
PDMS Lineal • Disminuye la
Oleosidad
Gomas
Polieteres • Mojabilidad
Fenil • Compatibilidad
Orgánica
Alquil • Mejora
de FPS
• Sustantividad
mejorada
Resinas
Elastómeros
• Sensorial
único
Protección Solar Funcionalidad de
las siliconas
Si-R
• Resistencia
al enjuague
Carbinol • Mejora el FPS
36
Experiencia con el Producto
Experiencia
del Consumidor
Atributos &
Ingredientes
Envase &
Aplicación
Forma & Textura
del Producto
La primera impresión antes y durante la aplicación
37
Textura del Producto:
Loción
Crema, Gel y Barra
Liviana, Polvo Rico, Larga Duración
Sensorial:
La segunda impresión durante y después de la aplicación
38
Conclusiones
Algunas de las principales consideraciones cuándo
se está formulando un producto para protección solar
debe incluir:
– Selección de los ingredientes, regulación, propiedad
intelectual, aplicación deseada y sensorial.
La eficacia de las formulaciones para protección solar
depende de la estructura química de los ingredientes
seleccionados, sus propiedades y su interacción en la
formulación
39
Conclusiones
La variedad en las estructuras y funcionalidades de
las siliconas ofrece un amplio rango de beneficios,
que son difíciles de obtener con materiales orgánicos – Capacidad de recubrimiento de superficies
– Formar películas en sustratos orgánicos, reduciendo perfiles
sensoriales no deseados
– Provee una cobertura completa de la superficie
– Crear películas hidrofóbicas/repelentes al agua, mejorando la
resistencia al enjuague del producto final
– Provee diferentes grados de permeabilidad al vapor del agua y
gases
– Aumenta el FPS en la formulación final
40
Agradecimientos
Adriana Urrutia
Michael Starch
Isabelle Van Reeth
Anne Buckingham
Brian Marinik
Fernanda Tachinardi
Claudio Moretti
Doug King
41
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
