Allgemein

Sommer, Sonne, Sonnenschein und Zeit für Sonnencreme! Die Regale mit Sonnenschutzmitteln in den Drogerien und Parfümerien sind wieder gut gefüllt, aber vielleicht stellt sich euch die Frage: wie funktionieren diese Sonnencremes eigentlich? Dieser Beitrag soll eine möglichst einfache Antwort darauf geben.

Woraus besteht eine Sonnencreme?

Um in Erfahrung zu bringen über welchen Bestandteil wir genauer sprechen müssen, ist es wichtig zu wissen wie eine Sonnencreme in der Regel zusammengesetzt ist.

• 60 – 80 % Wasser
• 10 – 20 % UV-Filter (zum Erreichen des SPFs, der Photostabilität und einem ausgeglichenen UV-Schutz)
• ca. 15 % Emollienzien (um UV-Filter zu lösen und das Hautgefühl zu verbessern)
• ca. 5 % Emulgatoren (um Wasser- und Ölphase zu verbinden)
• Booster/Filmbildner
• Stoffe zur Verbesserung der Sensorik
• Verdickungsmittel

Wie ihr sehen könnt, ist ein besonders wichtiger Teil das UV-Filtersystem denn dieses System ist maßgeblich für die Schutzleistung von Sonnencremes verantwortlich. Deshalb schauen wir uns UV-Filter in diesem Beitrag genauer an.

Einteilung der UV-Filter

Unterteilt werden UV-Filter in die Gruppe der organischen und anorganischen Filter. Viele kennen die organischen UV-Filter auch als „chemische“ Filter – ich persönlich würde von dieser Bezeichnung abraten, da sie oft unberechtigterweise als schlecht dargestellt werden und dadurch die Furcht vor Chemie noch mehr geschürt wird. Chemisch ist nämlich alles!

Grundlegende Funktionsweise von UV-Filtern ganz simpel erklärt

Stellt euch die Elektronen von UV-Filter-Molekülen wie einen Wetterfrosch im Glas vor. Der Frosch sitzt auf seiner Leiter und hat nach oben hin ausreichend Platz, falls es im Glas wegen der Sonnenstrahlung zu warm wird. Wenn so viel Sonne in das Glas strahlt dass ihm warm wird, springt er auf die nächste Stufe. Ist ihm nicht mehr warm, hopst er zurück. Kurzum: die Elektronen werden von der energiereichen UV-Strahlung angeregt von einer Sprosse auf die nächste zu hüpfen und kehren nach Abgabe dieser Energie in Form von Wärme wieder auf die ursprüngliche Sprosse zurück.

Organische UV-Filter

Bei diesen Filtersubstanzen handelt es sich oft um aromatische Verbindungen, welche die UV-Strahlung absorbieren und in langwellige sichtbare Strahlung oder Infrarotstrahlung umwandeln. Genau genommen geraten die UV-Filter-Moleküle nach Absorption von Photonen (UV-Strahlung besteht aus ihnen) in einen energetisch angeregten Zustand, aus dem sie unter Abgabe von Wärmestrahlung schrittweise in den Grundzustand zurückkehren.

Ihre Vorteile bestehen darin, dass sie je nach Filter löslich in Öl, Alkohol oder Wasser sind und keinen Weißel-Effekt erzeugen. Jedoch müssen sie geschickt miteinander kombiniert werden, um eine gute Photostabilität und Verträglichkeit zu erreichen, denn manche unter ihnen schützen nur in einem bestimmten UV-Bereich auch wenn es mittlerweile ein paar sehr stabile und verträgliche organische Breitbandfilter wie Tinosorb S gibt.

Vor allem PABA (Paraamniobenzoesäure) + Derivate, Avobenzon und Oxybenzon (Benzophenon-3) können bei manchen Menschen photoallergische Reaktionen auslösen.

Anorganische UV-Filter

Die anorganischen UV-Filter (Titan(IV)- und Zinkoxid) absorbieren auch die UV-Strahlung und wandeln sie in Wärme um. Bei Titan(IV)- und Zinkoxid handelt es sich nämlich um partikelförmige Kristalle welche sich wie Halbleiter verhalten. Bei Halbleitern befindet sich zwischen dem Energieband (Valenzband) und dem nächsthöheren Band (Leitungsband) eine Lücke. Eben jene Lücke liegt bei anorganischen UV-Filtern in einem Energiebereich, welcher den Wellenlängen zwischen 380 und 420 nm entspricht.

Die Absorption der UV-Strahlung beruht darauf, dass ein Elektron angeregt wird vom Valenz- ins Leitungsband zu springen – erinnert euch an den Wetterfrosch, der auf die höhere Sprosse hüpft! Wellenlängen die unter dem Energiebereich der Bandlücke liegen, haben immer noch genug Energie um ebenfalls absorbiert zu werden. Liegen sie darüber ist keine Absorption möglich, was vor allem bei Titandioxid zu oxidativen Reaktionen führen kann – auch bekannt als photokatalytischer Effekt. Dieser Effekt wird zwar in bestimmten Bereichen sinnvoll genutzt, wie z. B. bei der photokatalytischen Selbstreinigung, aber bei Sonnenschutzmitteln ist er extrem nachteilig weil die Bildung freier Radikale gefördert wird. Diese freien Radikale sind besonders reaktionsfreudig und können Zellen schädigen. Um diesen Effekt zu verhindern, werden die Titandioxidpartikel entweder mit Korund oder Siliziumoxid beschichtet. Außerdem zeigt sich, dass die rutile Kristallstruktur weniger anfällig ist als die anatase Form weshalb erstere eher in Sonnencremes zu finden ist.

 Nur ein sehr geringer Teil der UV-Strahlung wird durch anorganische UV-Filter gestreut bzw. reflektiert, während der Rest absorbiert wird. Deshalb ist es nicht korrekt zu sagen, dass deren Funktionsweise auf Reflexion basiert. 

Anorganische UV-Filter zeichnen sich vor allem durch eine gute Verträglichkeit und Stabilität aus, sind aber aufgrund ihrer Unlöslichkeit nicht einfach zu verarbeiten. Außerdem weißeln sie je nach Filter und Partikelgröße mehr oder weniger stark, was daran liegt dass sie sichtbares Licht reflektieren bzw. streuen.

Fazit

Sonnencremes mit rein anorganischen UV-Filtern sind vor allem für sehr empfindliche Haut und Kinder geeignet, nicht nur wegen ihrer Verträglichkeit sondern auch wegen des Weißel-Effekts – dadurch sieht man nämlich wo man bereits eingecremt hat. Dies ist jedoch kein Grund organische Filter zu verteufeln, denn es gibt genug unter ihnen die auch gut verträglich sind und miteinander wunderbar funktionieren – sich sogar gegenseitig boosten! Wem die Verträglichkeit einer Sonnencreme besonders am Herzen liegt, sollte unbedingt auf Duftstoffe und ätherische Öle verzichten denn diese erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer photoallergischen Reaktion extrem.

Das solltest auch noch unbedingt zum Thema Sonnencreme wissen!

Quellen

Leslie Baumann. Cosmetic Dermatology: Principles and Practice

Nick Serpone et al. Inorganic and organic UV filters: Their role and efficacy in sunscreens and suncare products

Uli Osterwalder, Myriam Sohn & Bernd Herzog. Global state of sunscreens

Curtis Cole, Thomas Shyr, Hao Ou-Yang. Metal Oxide Sunscreens Protect Skin by Absorption, Not by Reflection or Scattering

Smijs T, Pavel. Titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles in sunscreens: focus on their safety and effectiveness

Tim Luttrell et al. Why is anatase a better photocatalyst than rutile? – Model studies on epitaxial TiO₂ films

Ashley R Heurung et al. Benzophenones