Synthesis of mono-dispersed spherical silica particles containing covalently bonded chromophores

Authors: Walenzyk, T.¹; Carola, C.²; Buchholz, H.²; König, B.¹

Source: International Journal of Cosmetic Science, Volume 27, Number 3, June 2005 , pp. 177-189(13)

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Abstract:

Synopsis

Organic–inorganic ultraviolet (UV) active hybrid materials have been prepared by a sol-gel process from benzophenone derivatives and tetraethylorthosilicate. The silica particles are spherical in shape and have a narrow size distribution which remains unchanged up to organic chromophore concentrations of 0.2 mmol g⁻¹. At higher concentrations the spheres become less regular and fuse. A dependence of the material absorption properties on the particle size (at the same organic chromophore concentration) and on the concentration of surface grafted chromophores was noted. The most effective UV filter materials were found in a combination of silica incorporated chromophores and surface grafted chromophores at an overall low chromophore concentration. A comparison of the photostability of chromophores at standardized UV irradiation revealed an increase in stability for silica incorporated and surface immobilized benzophenone compared to benzophenone in a homogeneous solution.

French
Résumé

Des particules de silice couplées à des molécules organiques et ayants des propriétés UV ont été préparées par un procédé`sol-gel'à partir de tetraéthylorthosilicate et de dérivés de la benzophénone, un chromophore très utilisé en cosmétiques. Les particules de silices ainsi obtenues ont une forme sphérique et une répartition homogène en taille qui reste inchangée jusqu'à une concentration limite de 0.2 mmol g⁻¹ de benzophénone. A des concentrations plus élevées de benzophénone, les sphères perdent leur forme régulière et fusionnent. Les propriétés d'absorption sont liées à la taille de la particule de silice (à concentration de chromophores constante) et à la concentration de chromophores à la surface des particules. L'efficacité maximale de filtration des UVs est atteinte grâce à une combinaison de chromophores, à de faibles concentrations, immobilisés à la surface des billes de silice dans lesquelles sont incorporés ces mêmes chromophores. Une comparaison de la photostabilité des chromophores à des irradiations UV bien définies montrent une meilleure photostabilité pour les molécules de benzophénone incorporées dans les billes de silice ou pour celles immobilisées à la surface de billes de silices que pour la benzophénone en solution.

Keywords: chromophores; organic–inorganic hybrid composites; silica; sol-gel processes; UV filters

Document Type: Research article

DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1467-2494.2005.00269.x

Affiliations: 1: Institut für Organische Chemie, Universität Regensburg, D-93040, Regensburg, Germany 2: Merck KGaA, D-64293 Darmstadt, Germany

Publication date: 2005-06-01

Synthesis of mono-dispersed spherical silica particles containing covalently bonded chromophores

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