Resinas: O Outro Tipo de Silicones

Estrutura das Resinas de Silicone
Aplicação das Resinas de Silicone
Novas Moléculas
Conclusão

Os silicones são matérias-primas bem conhecidas pela indústria de cosméticos. Quando se fala sobre silicones, a maioria de nós fica imaginando diversos tipos de líquidos. Mas, além do amplo espectro dos silicones líquidos, como as dimeticones, dimeticonóis, fenil-trimeticones, amodimeticones e copolióis de dimeticone, na verdade existe uma outra categoria dos silicones, de alto interesse para a indústria de cosméticos – as resinas de silicone e seus derivados.

Estrutura das Resinas de Silicone

Qual é a diferença química entre silicones líquidos e resinas de silicone? Se dermos uma olhada em nossa caixa de amostras de materiais de silicone, veremos lá dentro quatro tipos básicos para experimentar: unidades M, unidades D, unidades T e unidades Q (Figura 1).¹ A diferença entre esses “tijolos” está no número de grupos metila diretamente ligados ao silício. As unidades M têm três grupos metila e apenas um oxigênio que pode se ligar a outro átomo de silício, portanto, as unidades M são usadas como grupos de encerramento, ou finais. As unidades D possuem dois grupos metila e dois átomos de oxigênio são usados para estender a cadeia. Combinações das unidades D e da unidade M com elevadas proporções de D/M geram moléculas lineares, conhecidas como dimeticones de alta viscosidade.

Com as unidades T e unidades Q deixamos as moléculas lineares que formam o mundo dos silicones líquidos e entram no mundo tridimensional dos silicones resinas. As unidades T apresentam um grupo metila e três átomos de oxigênio. Formam estruturas tridimensionais parecidas com gaiolas, nas quais o volume pode variar adicionando-se unidades D. As unidades M podem ser incluídas para controlar o peso molecular, se for preciso, mas isso não é obrigatório. As resinas de silicone construídas a partir de unidades T são conhecidas como silsesquioxanes.

As unidades Q possuem quatro átomos de oxigênio e nenhum grupo metila ligado ao silicone. As resinas baseadas nessas unidades são altamente ramificadas e, normalmente, incluem grande quantidade de unidades M, que limitam o crescimento do polímero, como se vê na Figura 2.

As resinas M-Q também formam estruturas moleculares tipo gaiola. As resinas T e as resinas MQ são as duas principais resinas de silicone. Uma resina MQ tem denominação INCI: trimethylsiloxysilicate (TMS) – marca registrada Wacker-Belsil TMS 803 (Wacker Chemical Corp., Adrian, Michigan, Estados Unidos), - e a resina T, INCI: polymethylsilsesquioxane (PMS) – marca registrada Wacker-Belsil PMS MK (Wacker Chemical Corp).

Aplicação das Resinas de Silicone

De modo geral, as resinas de silicone são boas formadoras de películas.² Devido à sua estrutura ramificada, embora solúvel, estas conseguem formar uma película lisa de resina sobre a pele e os cabelos. Uma vantagem desta resina de silicone é sua capacidade de aumentar a resistência das cores em até 35%. Realizamos uma série de testes para demonstrar esse efeito por meio de camadas uniformes de cosméticos contendo resinas de silicone aplicadas sobre uma cartolina. Esse método já foi descrito na literatura.³

A transferência relativa de resistência é definida como a alteração de coloração da fórmula da amostra contendo a resina. Três diferentes batons foram preparados de acordo com a Fórmula 1, sua resistência relativa à transparência (média acima de 20, 25 e 30 manchas) foi 1,00, 1,12 e 1,35 para batom padrão, batom com PMN e batom com TMS, respectivamente. Esses silicones melhoram a resistência à água dos cosméticos, o que faz deles um importante ingrediente. PMS tem ponto de fusão de cerca de 50°C, ao passo que o TMS não se funde. Se o aquecermos até 200°C haverá decomposição. O TMS pode ser adicionado à formulação como uma solução, e o PMS pode ser usado em formulações nas quais haja necessidade de fusão.

Ao formular com esses dois produtos, é importante considerar a solubilidade. Tendo em vista que as unidades M funcionam como hidrófobos, o TMS é mais solúvel em silicones líquidos de baixa e média viscosidade. Os PMS não possuem esses pontos de ligação e, por consequência, apresentam menor solubilidade devido à sua estrutura de ligações cruzadas. A dissolução da resina T também é muito mais lenta nos solventes hidrófobos do que nas resinas MQ. A Tabela 1 mostra a solubilidade dos dois produtos em solventes selecionados.

Enquanto o TMS forma películas mais resistentes e funciona melhor em aplicações de longo-prazo, as informações dos consumidores sugerem que o PMS forma película com toque mais suave.

Novas Moléculas

Além das resinas padrões de silicone, algumas moléculas novas estão sendo desenvolvidas e testadas. Por exemplo, os grupos metila das unidades T podem ser modificados, substituindo-os por grupos alquila (C2 a C10) e fenila. Um dos resultados, uma resina de fenil-silicone (SPR) – marca registrada Wacker-Belsil SPR 45 (Wacker Chemical Corp.) mostra algumas propriedades a mais em comparação com as resinas padrões, e em sendo um ingrediente baseado em silsesquioxane, parece transferir resistência comparável ao TMS.

Quando um batom foi preparado seguindo a Fórmula 2a com 10% de SPR, foi comparado com um batom padrão da Fórmula 2b, contendo 10% de TMS, e os valores relativos da resistência dessas duas resinas foram os mesmos, tendo atingido os valores de 1,00 e 0,97, respectivamente.

Os silicones contendo grupos fenila estão, muitas vezes, associados ao alto índice de refração (IR) e brilho. Por exemplo, quando um batom com 10% de SPR (Fórmula 2a) foi aplicado a uma cartolina e a medida do brilho a 85^o (ProGloss 3, Hunter lab, Reston, Virginia, Estados Unidos) foi comparada com o brilho de um batom semelhante (Fórmula 2b) com 10% de TMS, o brilho do batom com SPR (2,7) foi 67% mais alto do que o brilho do batom TMS (1,6). Este resultado está de acordo com o alto IR da resina fenila. Por exemplo, o IR da resina fenila SPR comparado com o da resina PMS é de cerca de 0,12 unidades mais elevado medido em películas de resina a 25°C (1,5403 versus 1,4199) e cerca de 0,119 unidades mais elevado medido na fase líquida a 60°C (1,5295 versus 1,4107).

O grupo fenila também apresenta maior absorção na faixa UV. Os espectros de absorção UV mostrados na Figura 3 foram medidos em amostras diluídas de uma loção protetora das mãos (Fórmula 3) com e sem 0,6% de SPR; pode-se observar a absorção entre 240 e 275 nm. Em geral, o nível de uso da resina fenil-silicone em formulações como bases, batons, filtros solares e produtos para os cabelos fica entre 1 e 10%.

Uma outra inovação é a resina de silicone gel em pó (RPG) – marca registrada Wacker-Belsil RPG 33 (Wacker Chemical Corp.) baseada em tecnologia de gel em pó.⁴ O novo polímero contendo uma resina silicone MQ e uma dimeticone alquila modificada reagiram para formar uma rede tridimensional em presença de ciclopentasiloxana. Isso resultou num pó cosmético suave e de toque agradável, em contraste ao toque abrasivo das resinas de silicone puras (em forma seca).

A resina de silicone gel em pó foi testada para conhecermos sua resistência à água num filtro solar (Fórmula 4) e numa loção solar (Fórmula 5), por meio de método espectroscópico⁵ e pele sintética. A resistência à água do pó foi 13% melhor no creme (contra a mesma formulação contendo dimeticonol) e 29% mehor na loção (versus a mesma formulação, contendo ciclopenta-siloxane). Esse pó tem a capacidade de absorver vários óleos cosméticos, como se vê na Figura 4. Além disso, pode ser usado como um modificador da reologia. Os usos típicos também incluem bases, batons e cremes.

Conclusão

As resinas de silicone são pós ou flocos que fornecem resistência à tração e resistência à água em cosméticos. Ampliam o intervalo entre as reaplicações de cremes, batons, bases e outras formulações nas áreas de cuidados com a pele, cosméticos coloridos e produtos para os cabelos. Os géis de silicone em pó dão maiores benefícios de absorção de líquido e sensação de silicone a cosméticos. As resinas de fenil-silicone adicionarão brilho às propriedades das resinas de silicones.

Portanto, mesmo que as resinas de silicone já sejam conhecidas há algum tempo, existem novas oportunidades de aplicação para esses interessantes produtos que apresentam benefícios exclusivos para as formulações cosméticas.

Nossos agradecimentos a Lisa Miller Ritton (ISP) por ter realizado os testes de resistência à água e a Ann Chrysler e Verena Estermaier (ambas da Wacher) pelo trabalho de laboratório desta pesquisa.

Este artigo foi publicado na revista Cosmetics & Toiletries (Edição em Português) 16(2): 64-67, 2004.
Publicado originalmente em inglês Cosmetics & Toiletries 118(8):71-76,2003.