浅析儿童纯物理防晒产品配方设计

毕天宇,岳 娟,蒋丽刚,申奉受

(珀莱雅化妆品股份有限公司,浙江 杭州 310012)

摘 要: 儿童皮肤与成人皮肤在结构和功能上的较大差别促使其对防晒产品的安全性和功效性提出更高要求,纯物理防晒产品为兼顾肤感和防晒指数,配方设计上亦有一定的技巧。系统阐述了适用于儿童的纯物理防晒产品在制备过程中的配方设计思路,根据防晒产品的配方结构,主要说明了防晒剂、润肤剂、乳化剂、成膜剂、防晒增效剂的选择原则,以期为儿童纯物理防晒产品的配方设计提供一定的参考依据。

关键词:纯物理防晒;儿童;配方设计

随着社会经济的发展和人们防晒意识的提高,人们愈来愈意识到过量的紫外线照射不但会损害人体免疫系统,还会加速肌肤老化,导致各种皮肤病甚至产生皮肤癌,因此防晒产品市场份额日渐增加。越来越多的防晒产品受到消费者的青睐,消费者也变得更加理智,从单一看防晒指数选购防晒产品,转变为选择更加安全、舒适的高效防晒产品。尤其是更加细分的儿童防晒产品,儿童皮肤与成人皮肤在结构和功能上的较大差别促使其对防晒产品的安全性和功效性提出更高要求,作为公认比较安全的纯物理防晒产品势必会成为一种趋势,笔者从防晒产品配方结构的角度出发,阐述儿童纯物理防晒产品的设计思路。

1 儿童皮肤特点

我国《儿童化妆品申报与评审指南》将儿童化妆品规定为供年龄在12岁以下(含12岁)儿童使用的化妆品。这类人群皮肤主要特点如下:

1)皮肤较薄、柔软。表皮最外层的角质层是单层细胞,缺乏透明层,婴幼儿皮肤的厚度仅为成人皮肤的十分之一[1]

2)皮脂少。一般来说,婴儿刚出生,其皮肤脂质总量接近成人的水平,但组成不同,3个月到7或8岁期间皮肤脂质总量减少,到青春期上升到成人的水平。

3)皮肤含水量较多,失水量亦多。婴儿皮肤含水量较多,但因其皮肤薄,皮肤屏障功能低下,极易造成皮肤水分散失增多。

4)汗腺分泌功能差。新生儿的汗腺与成人相同,但汗腺密度大,此外婴幼儿皮肤的汗腺还处于发育阶段,不能随外界变化而调节,容易引起体温上升或长痱子。

5)皮肤pH偏中性。新生婴儿pH接近中性偏碱性,弱碱性环境较易造成细菌滋生,抗细菌感染能力差。

6)黑色素含量低、高光敏性。皮肤的色素层单薄,且屏障功能低下,对外界刺激和紫外线抵御能力差,易被阳光中的紫外线灼伤[2]

综上,儿童皮肤薄、皮脂少、含水量和失水量多、汗腺分泌功能差、pH偏中性、高光敏性的特点使得皮肤较干燥、易受损伤、对紫外线敏感,针对儿童皮肤的特点在开发儿童防晒产品时首先要考虑安全性和皮肤耐受性,其次是高度防护性。

2 常用防晒剂分类

防止紫外线照射的物质叫作防晒剂,防晒剂的种类很多,大体可分为2类:物理性的紫外线屏蔽剂和化学性的紫外线吸收剂。

2.1 化学性的有机紫外吸收剂

有机紫外吸收剂是指能吸收有伤害作用的紫外辐射的有机化合物,通常为羰基共轭的芳香族有机物[3]。依据保护皮肤能够吸收的辐射波长分为UVA吸收剂和UVB吸收剂。UVA吸收剂是倾向于吸收320~400 nm波长范围紫外光辐射的有机化合物,常用的有二苯酮、邻氨基苯甲酸酯和二苯甲酰甲烷类化合物等;UVB吸收剂是倾向于吸收280~320 nm波长范围紫外光辐射的有机化合物,如对氨基苯甲酸酯、水杨酸酯、肉桂酸酯和樟脑的衍生物[4]

这类防晒剂不仅存在一些溶解性、配伍性方面的问题,而且由于有机防晒剂作用过程中存在能量的转变过程,同时对光的敏感性,容易分解,渗透入表皮对皮肤造成刺激,从而引起皮肤过敏,因而全球各国的法规对该类防晒剂的最高使用浓度都有严格的限制。

2.2 物理性的无机紫外线屏蔽剂

通过提供固体物理屏障反射和散射紫外线,从而保护皮肤不受日光灼伤的这类物质统称为物理性无机防晒剂,防晒产品中常用的物理性防晒剂有二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)。TiO2是抵御UVB辐射为主的物理防晒遮蔽剂,ZnO是抵御UVA辐射为主的物理防晒遮蔽剂[5]。微粒化或纳米级TiO2和ZnO现已用于增强产品防晒保护,不会出现传统TiO2和ZnO涂在皮肤上引起泛白的现象。市售的TiO2和ZnO有多种类型和牌号,如不同颗粒大小的粉末、不同表面处理和包裹的粉末、分散液、悬浮液等,广泛应用于防晒产品中。

此类防晒剂性质稳定,不同于有机紫外吸收剂,物理性无机防晒剂在反射和散射各种光波的时候自身不发生改变,且不被皮肤细胞所吸收,安全性高、温和不刺激,对物理防晒剂国内外没有用量的限制,适用于儿童防晒霜配方的开发。

3 配方设计及原料选择

儿童纯物理防晒产品与一般防晒产品的配方结构类似,一般都包括防晒剂、润肤剂、乳化剂、成膜剂、防晒增效剂、流变调节剂等。

3.1 防晒剂

考虑到化学防晒剂存在稳定性和安全性的问题,而物理防晒剂安全稳定,又能起到防晒的作用,因此纯物理防晒剂组合是儿童防晒产品的最佳选择。在选择合适物理防晒剂组合时主要从结晶颗粒的晶型、结晶颗粒的大小、表面包裹处理剂和预分散粉浆4个方面考虑。

3.1.1 结晶颗粒的晶型

TiO2有不同的晶型:板钛矿型(稀少)、锐钛矿型和金红石型。在光保护作用中,主要使用具有四面体结构的锐钛矿型和金红石型TiO2。金红石型最稳定,折光指数和相对密度较锐钛矿型TiO2高。

3.1.2 结晶颗粒的大小

虽然颜料级别的TiO2和ZnO(一般250 nm)对UVB和UVA都有较弱的衰减作用,但由于其泛白情况严重,用作化妆品防晒的TiO2和ZnO一般都是用纳米级原料(100 nm以内)。实验证明晶体颗粒越小意味着可被衰减波长越短(向UVB位移),对可见光透明度越大;晶体颗粒越大,可被衰减的波长越接近可见光,白度越高,在皮肤上泛白越严重。所以在选择防晒剂组合的时候选择合适粒径的TiO2或ZnO至关重要,TiO2粒径越小吸收峰越靠近UVB,粒径越大吸收峰越靠近UVA,ZnO的吸收峰主要在UVA,控制粒径大小同样可以使其吸收峰往左或者往右飘移。为了达到理想的广谱吸收效果通常使用适当粒径的TiO2和ZnO复配使用,在全物理防晒产品中甚至可以用大小粒径TiO2或ZnO组合使用的方法来取得更完美的吸收曲线。

3.1.3 表面包裹处理剂

为达到较好的防晒效果,TiO2和ZnO一般需要稳定均匀地分散。为了避免由于吸附现象和颜料表面电荷引起的颗粒聚集,需要对纳米无机颗粒进行表面处理,改善在化妆品配方中的配伍性。只有颗粒有效地被润湿和均匀分散在油相或水相中,才能达到最大的广谱UV防护作用。常用的包裹处理剂包括:氧化铝、硬脂酸铝、硬脂酸、二氧化硅、硅石、二甲基硅氧烷、三乙氧基辛基硅烷、PEG-10、月桂酰赖氨酸等。具体根据分散相组成、肤感差异、透明度需求等选择不同表面包裹的物理防晒颗粒。

3.1.4 预分散粉浆

为了更均匀的分散效果以及方便生产,把合适粒径大小的TiO2和ZnO通过添加合适的分散剂和溶剂制成预分散的防晒剂粉浆。常见的溶剂有C12~15醇苯甲酸酯、碳酸二辛酯、环五聚二甲基硅氧烷等。通常添加聚羟基硬脂酸、PEG-10聚二甲基硅氧烷、油醇醚类、吐温类等乳化剂作为分散剂。粉浆的优点是无需碾磨,节约生产时间,简化操作工艺;使得配方稳定性更高、配伍性更广;分散得更加均匀,能有更好的SPF表现,且SPF值较稳定[6]。但粉浆也有局限性,即成本较高,配方灵活性降低。

3.2 润肤剂

用于儿童防晒产品的优秀润肤剂需要具备以下几个特点:肤感清爽,铺展性好,有利于无机防晒剂均匀铺开;对防晒剂粉末的分散能力好,可以均匀分散无机防晒剂,防止聚集;儿童皮肤屏障功能还不健全,润肤剂渗透性不宜过高。

配方中的润肤剂一般不会由单一成分组成,大部分产品都由多种润肤剂复配以达到不同的使用诉求和肤感层次。儿童防晒产品中适用的润肤剂主要可以分为物理防晒剂溶剂类、天然植物油脂类、硅油类。

3.2.1 物理防晒剂溶剂

此类润肤剂对物理防晒剂粉末具有优秀的分散能力,可防止粉体聚集,提高防晒效率。一般多为高铺展性、肤感清爽、配伍性好的油脂,如丁二醇椰油酯、月桂酰肌氨酸异丙酯、椰油醇辛酸酯/癸酸酯、碳酸二辛酯、C12~15醇苯甲酸酯、丁基辛醇水杨酸酯等。

3.2.2 天然植物油脂类

此类天然植物油脂亲肤性极佳,一般比其他油脂具有更高的滋润性,常用的有霍霍巴油、植物角鲨烷、阿甘油、澳洲坚果油、白池花籽油等,对儿童不健全的皮肤屏障有非常好的保护效果,在不影响防晒剂分散的情况下建议复配使用。

3.2.3 硅油类

硅油类油脂常用于改善产品使用感,赋予产品丝滑、柔润的使用效果,少量添加可以增加产品的涂抹性,快速吸收和减少油腻感。常用的有聚二甲基硅氧烷、环五聚二甲基硅氧烷、烷基改性聚二甲基硅氧烷等。

3.3 乳化剂

防晒产品一般的乳化体系为W/O体系和O/W体系2种,水分散TiO2掺入O/W体系、油分散TiO2掺入O/W体系和油分散TiO2掺入W/O体系都可制得稳定产品,然而水分散TiO2掺入W/O体系时,由于水相会含有较多电解质导致TiO2出现团聚现象而较难制得。可以根据产品所需求的滋润度、抗水性等来选择合适的剂型[7]

确定剂型后再选择较为安全的乳化剂即可,O/W体系可选择以烷基糖苷乳化剂为主,复配少量阴离子乳化剂的方式搭配,如十六烷基磷酸酯钾、C20~22醇磷酸酯有利于防晒剂在皮肤表面均匀分散,提升抗水性和SPF值;W/O体系可选择硅油类乳化剂如PEG-10聚二甲基硅氧烷、PEG-9聚二甲基硅氧乙基聚二甲基硅氧烷、鲸蜡基PEG/PPG-10/1聚二甲基硅氧烷等复配的乳化体系。

3.4 成膜剂

为了在高温出汗、游泳等户外活动后也能保持较好的防晒功效,优秀的防晒产品需要具有一定的抗水性。W/O剂型或不含乳化剂的O/W剂型自身具有一定的抗水能力,但在一般的O/W剂型产品中,需要添加一定量的油溶性成膜剂才能达到需要的抗水性能。油溶性成膜剂能够使防晒产品在涂抹到皮肤上且水分蒸发后形成一层亲油性薄膜,这层薄膜使物理防晒微粒固定在皮肤上保持较长时间,从而达到较好的防水功效。常用成膜剂包括PVP/十六碳烯共聚物、PVP/二十碳烯共聚物、丙烯酸(酯)类共聚物等聚合物以及三甲基硅烷氧基硅酸酯、聚丙基硅倍半氧烷、丙烯酸(酯)类/聚三甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯共聚物等有机硅树脂聚合物。

3.5 防晒增效剂

能够增效产品防晒能力,提升SPF值但又不属于防晒剂范畴的可以统称为防晒增效剂。常用的增效剂有提高粉体分散性的油脂、乳化剂、成膜剂等,下面列举能够应用于儿童纯物理防晒产品中并有助于提升SPF值的2类成分。

1)空心微球粉末SunSpheres Powder,INCI名称为苯乙烯/丙烯酸(酯)类共聚物,是一种外径约350 nm,内径约250 nm的空心微球结构的粉体。由于聚合物壳层和内部空心的折光系数差异,紫外线在照射到SunSpheres空心球时,产生光线弯曲和散射,从而延长光线在防晒涂层的传播路径,增加了紫外线与防晒剂接触的可能性,也就增加了有机防晒剂对紫外线的吸收和无机防晒剂对紫外线的反射和散射,与无机和有机防晒剂都有协同作用,从而提高配方的防晒指数,SunSpheres结构及作用原理如图1所示。在人体SPF值测试中,通过和空白样品的对比发现:加入5%固含量的SunSpheres,可提高不同剂型人体SPF值60%~72%。这对于提高防晒剂的防晒效能、减少防晒剂用量、降低防晒产品的刺激性、节省成本都有重要意义[8]

图1 SunSpheres结构图及作用原理
Fig.1 Structure and mechanism of SunShperes

2)具有舒缓功效的活性物。防晒指数(SPF值)定义为引起被防晒化妆品防护的皮肤产生红斑所需的最小红斑量(MED)与未被防护的皮肤产生红斑所需的MED的比值。SPF值通过人体法测量MED得到结果,最小红斑量即引起皮肤清晰可见的红斑,其范围达到照射点大部分区域所需要的紫外线照射最低剂量(J/m2)或最短时间(s)。因此所有可以抵抗或延缓红斑生成的成分都可以提升SPF值,这也成为近年来提升SPF值的一种新思路,但在儿童防晒产品中需要充分考虑成分的安全性。

4 结论

儿童化妆品市场是目前及以后最具发展潜力、收益最为丰厚的产业之一。儿童户外时间长,加之本身皮肤薄、柔软、黑色素含量低、易被紫外线灼伤的特性,促使儿童对安全温和的纯物理防晒产品具有较大的需求,市场空间广阔,但同时对产品的技术水平和安全性提出了更高的要求。随着化妆品新原料的不断推出,儿童纯物理防晒产品在配方设计上有更多的选择,亦可开发出更多兼具防晒功效和安全性的儿童纯物理防晒产品。

参考文献:

[1] 雍伟哲.儿童皮肤护理最新进展及热点问题的讨论[J].中华医学信息导报,2006, 21(14): 17.

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[4] 裘炳毅,高志红.现代化妆品科学与技术[M].北京: 中国轻工业出版社,2015: 823-824.

[5] 彭俊瑛,李子宜,陈来成,等.化妆品防晒剂研究进展及其在儿童防晒应用的展望[J].广东化工,2015, 42(13): 115-116.

[6] 王腾凤.如何配制含物理防晒剂的防晒配方[J].日用化学品科学,2007, 30(1): 38-43.

[7] 杜晶.物理防晒剂配方应用[J].日用化学品科学,2004,27(8): 34-40.

[8] 赵金虎,陈庆生,陈宇霞,等.防晒增效途径的探讨[J].广东化工,2015, 42(9): 140-141.

Formulation design of pure physical sunscreen for children

BI Tian-yu, YUE Juan, JIANG Li-gang, SHEN Feng-shou
(Proya Cosmetic Corporation Limited, Hangzhou, Zhejiang 310012, China)

Abstract: The difference of children and adults in their skin structure and function leads to higher requirements on the safety and efficacy of sunscreen for children.The design of pure physical sunscreen needs certain skills, considering both the skin feeling and UV protection.The design of formulas in the preparation of pure physical sunscreen for children has been systematically elucidated.According to the composition of sunscreen formulas, the selection principles of the sunscreen, emollient, emulsifier and film former are showed.This work is provided for reference for the design of pure physical sunscreen for children.

Key words: pure physical sunscreen; children; formulation design

(本文编辑 刘 瑜)

中图分类号:TQ658

文献标识码:A

文章编号:1006-7264(2018)05-0060-04

DOI:10.13222/j.cnki.dc.2018.05.015

收稿日期:2017-11-06

作者简介:毕天宇(1984- ),男,研发工程师。