Pigmente und Puderstoffe

Titandioxid

Titandioxid (TiO²), ein Metalloxid, ist ein weißes, unlösliches, stark deckendes mineralisches Pigment, das in der Erdkruste in 3 kristallinen Modifikationen vorkommt: Brookit, Anatas und Rutil. Es wird seit über 60 Jahren industriell als Farbpigment eingesetzt. Kosmetisch genutztes Titandioxid ist seit 2002 im Anhang 7 der Verordnung über kosmetische Mittel als mineralischer UV-A und UV-B-Filter gelistet; hier kommen vor allem beschichtete (»gecoatete«) mikronisierte Pigmente der kristallinen Rutil-Modifikation in einem Größenbereich von 10–60 nm zur Anwendung, da sie eine höhere Photostabilität aufweisen und über ein sehr hohes UV-Absorptionsvermögen verfügen. Es handelt sich um Nano-Pigmente.

INCI: Titanium Dioxide (CI 77891)

  • CAS-Nummer: 13463-67-7
  • Funktion: Pigment, Puderbestandteil

Die Beschichtung erhöht die Dispergierbarkeit in Emulsionen und ist vor allem für die Photostabilität unabdingbar, da unbeschichtetes Titandioxid unter UV-Bestrahlung als Photohalbleiter zur Oxidation und in Folge zu Radikalbildung neigt (das so genannte »Vergrauen«). Das Coating erfolgt üblicherweise mit anorganischen Molekülen (z. B. Aluminiumoxid) oder organischen Verbindungen wie Fettsäuren, Silikonen oder Polyalkylaten. Mikrofeine Nano-Titandioxide werden u. a. als TiO² UF, »ultrafein«, angeboten. In Sonnenschutzmitteln erfolgt der Einsatz von Titandioxid primär in Form von stabilen Agglomeraten, d. h. Verbindungen mehrerer Nano-Partikeln zu größeren räumlichen Verbänden, die größer als 100 nm sind und dadurch nicht tief in die Haut penetrieren.

Ferner dient Titandioxid der Herstellung von Interferenz- und Perlglanzpigmenten; hier dominiert die kristalline Anatas-Modifikation. Als Pigment wird es gemäß dem Colour Index (C.I.) unter der CI-Nummer 77891 geführt. Interessant zu wissen ist, dass die INCI gemäß Vorgaben der Kosmetikverordnung den Größenbereich verraten: als Farbpigment wird Titandioxid in den INCI eines Pflegekosmetikums unter der CI-Nummer gelistet, in Nanogröße als Titanium Dioxide (siehe auch: Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel e. V. (IKW): Stakeholder-Dialog Kosmetik. Nanopartikel in kosmetischen Mitteln. Frankfurt a. M, 2007. Information vom IKW telefonisch bestätigt.). Ab 2013 muss mikronisiertes Titandioxid in der INCI-Liste als Nanomaterial deklariert werden: »Alle Bestandteile in der Form von Nanomaterialien müssen eindeutig in der Liste der Bestandteile aufgeführt werden. Den Namen dieser Bestandteile muss das Wort Nano in Klammern folgen« (siehe: Verordnung (EG) Nr. 1223/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 30. November 2009 über kosmetische Mittel (EU-Kosmetikverordnung), Artikel 19, Absatz 1g).

Daneben ist es Bestandteil von SoFi Tix Breitband HT, einem mineralischen Sonnenschutzfilter aus der Produktpalette der Hobbythek; hier handelt es sich um (in der Regel mit Silikon) gecoatete Mikropartikel von Titandioxid und Zinkoxid, wobei Titanoxid stärker im UV-B-Bereich wirkt. Leider wird das Coating in Online-Shops nur selten korrekt ausgewiesen.

Seit Mitte 2008 wird sein Einsatz als UV-Filter kritisch diskutiert, da sich Hinweise auf eine mögliche Penetration ultrafeiner Nano-Partikel ins Stratum corneum (der Hornschicht) ergaben. Offensichtlich können geringe Mengen extrem kleiner Titandioxid-Pigmente über Haarfollikelkanäle in das Stratum corneum gelangen; einer anderen Untersuchung zufolge bleiben sie jedoch im oberen Bereich der Epidermis und haben selbst in den Follikelkanälen keinen Kontakt zu lebenden Hautzellen (C. Rickmeyer, Penetrationseigenschaften von beschichtetem mikrofeinem Titandioxid. Dissertation, Berlin 2002). Kritische Artikel über die Gefährlichkeit von Titandioxid in Nanogröße basieren zur Zeit ausnahmslos auf Versuchsreihen z. B. an Mäusen, denen das Produkt in sehr hohen Dosen gespritzt wurde oder in-vitro-Versuchen mit Zellgewebe. Zweifellos kann sich ein Einatmen mikrofeiner Partikel gesundheitlich negativ auswirken; wir sollten Pigmente daher grundsätzlich mit Atemschutz verarbeiten.

Der Abschlussbericht des Projekts NANODERM stellt fest: »Hence, we conclude that the TiO2 nanoparticles are penetrated into the topmost 3–5 corneocyte layers by mechanical action and no diffusive transport takes place. […] There is deep penetration into hair follicles, but not into vital tissue«, es werde jedoch empfohlen, einen Kontakt mit offenen Wunden zu vermeiden.

2010 liegen schließlich Ergebnisse vor, die mineralische Sonnenschutzfilter rehabilitieren: Prof. Dr. Ing. Jürgen Lademann von der Abteilung für Hautphysiologie (Klinik für Dermatologie) der Charité in Berlin konnte darlegen, dass Nanopartikel mit einem Durchmesser von 100 Nanometer nicht in intakte Haut penetrieren, sondern in der Hornschicht (dem Stratum corneum) lokalisiert bleiben. Die Gesellschaft für Dermopharmazie schließt sich 2014 der Einschätzung an, »dass Nanopartikel die gesunde Hautbarriere nicht durchdringen«.

Fazit: Die aktuellen Ergebnisse positionieren mineralische Nanopigmente bei intakter Haut nach wie vor als empfehlenswerte Alternative zu chemischen UV-Filtern. Wie bei allen Pigmenten sollte eine Verarbeitung dennoch immer mit Mundschutz erfolgen, um keine Partikel einzuatmen. Weitere Studien bleiben abzuwarten.

Wirkung und kosmetischer Einsatz

Titandioxid weist als Farbpigment eine extrem hohe Deckkraft auf. Mikronisiert, d. h. als Nanopigment, reflektiert es sichtbares Licht und absorbiert UV-Strahlung, insbesondere UV-B- (290–320 nm) und UV-A-Strahlung (320–340 nm). Im Schutz vor Strahlung > 340 nm ist es weniger effektiv als Zinkoxid, daher wird es gerne mit diesem kombiniert eingesetzt.

Verarbeitung von Titandioxid

Neben seinem Einsatz als mineralisches, physikalisch wirkendes Lichtschutz-Pigment wird Titandioxid bevorzugt als die Deckkraft erhöhendes Ingredienz für Puder und, mit Farbpigmenten kombiniert, für dekorative Kosmetikprodukte wie Lidschatten, Rouge usw. verwendet. Daneben ist es der Hauptbestandteil von Mineral Foundation (MF), einer auf Pigmenten basierenden, wasserfreien Make-Up-Grundlage.

Der unter dem Produktnamen SoFiTix Breitband HT angebotene, mit Silikon gecoatete mineralische Sonnenschutzfilter enthält gemäß Datenblatt eines Lieferanten ca. 58,4–61,7 % mikrofeines Titandioxid als Nano-Pigment. Für einen Einsatz in Emulsionen wird es bevorzugt in der Fettphase dispergiert; es ist nicht löslich, wird dort jedoch von den Lipiden benetzt. Bewährt hat sich hier auch das niedrigviskose und oxidationsstabile Squalan oder Neutralöl. Ganz hervorragend zur Benetzung und Dispergierung geeignet ist das hochspreitende und oxidationsstabile Esteröl Dermofeel® sensolv. Hersteller dieser Nanopigmente geben als Orientierung einen Lichtschutzfaktor von LSF 2 pro Prozent Pigmentmischung im Gesamtprodukt an, mit 10 % SoFiTix Breitband HT erreichen Sie mit LSF 20 bereits eine 95%ige Absorption der UV-B-Strahlung.

Quellen

  1. Wolfgang Raab, Ursula Kindl: Pflegekosmetik. Ein Leitfaden. Stuttgart: Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft. 4. Auflage, 2004
  2. M. Gloor, K. Thoma, J. Fluhr: Dermatologische Externatherapie. Berlin: Springer-Verlag, 2000
  3. Sabine Stiller: Pickering-Emulsionen auf Basis anorganischer UV-Filter. Dissertation, Braunschweig 2003
  4. Christiane Rickmeyer: Penetrationseigenschaften von beschichtetem mikrofeinem Titandioxid. Dissertation, Berlin 2002
  5. NANODERM Final Report: Quality of Skin as a Barrier to ultra-fine Particles. Universität Leipzig, 2007
  6. Leslie Baumann: Cosmetical Dermatology. Principles & Practise. MCGraw-Hill, 2002
  7. Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel e. V. (IKW): Stakeholder-Dialog Kosmetik. Nanopartikel in kosmetischen Mitteln. Frankfurt a. M, 2007
  8. Verordnung (EG) Nr. 1223/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 30.11. 2009 über kosmetische Mittel (EU-Kosmetikverordnung)