CHEMIE UND WIRKUNGSWEISE VON UV-ABSORBERN 577 CHEMIE UND WIRKUNGSWEISE VON UV-ABSORBERN FOR KOSMETISCHE UND TECHNISCHE ZWECKE Dr. BRUNO T. LASSER* Vorgetragen am 10. Mai 1963 in Wiesbaden 'UV-absorbers used in cos,metics and other industrial products are surveyed. The requirements for satisfactory cosmetically useful UV-absorbers are enumerated. Bei Versuchen reit der Bogenlampe entdeckten die Physiker Foucault und Desprez die Wirkung der UV-Strahlung auf die Haut. Die Ursache des Sonnen- brandes wurde also yon Physikern sozusagen ,ira Saale" entdeckt. 1858 berich- tete dann der Arzt CHARCOT vom medizinischen Standpunkt her dariiber (1). WIDMARK zeigte schlieglich, dab die wirksame Strahlung von Glas heraus- gefiltert und yon Quarz durchgelassen wird (2). Die ersten Sonnenschutzmittel, speziell fiir die kosmetische Verwendung, kamen 1928 auf den Markt. Heute werden iiber 50 verschiedene Lichtschutzmittel angeboten und die daraus her- gestellten Fertigprodukte sind kaum mehr zu iibersehen. Auf dem technischen Gebiet erfolgte der planmiigige Einsatz von UV-Absorbern kurz vor dem 2. Weltkrieg. In Kosmetik und Technik haben wir es reit zwei sehr verschiedenen Gebieten zu tun. Die Haut zeigt zwar individuell betriichtliche Schwankungen in ihrer Beschaffenheit, durch die Rasse oder den Hauttyp des betreffenden Individuums bedingt, stellt aber im ganzen eine chemisch-biologisch vergleich- bare Einheit dar. Ganz im Gegensatz dazu stehen wir auf dem technischen Sektor einer Vielfalt von Stoffen gegeniiber. Nennen wir nur Kunstharze, Lacke und Farbstoffe. Die wirtschaftliche Bedeutung des Lichtschutzes sowohl auf kos- metischem als auch auf technischem Gebiet ist augerordentlich grog und liigt sich auch nicht ungefiihr abschiitzen. Aus der Palette der technischen Produkte miSgen die Kunststoffe als Beispiel dienen, da bei ihnen die meisten Forschungsarbeiten vorliegen. Die Wirkung von UV-Strahlung au/ Kunststo//e Die Schiiden, die unter Mitwirkung der UV-Strahlung eintreten, sind betriicht- lich. Bei Anstrichen tritt erst eine Trifbung des Lackfilmes ein, dann treten Risse und Spri•nge auf und schlieglich erfolgt vi511ige ZerstiSrung durch Fotooxydation. Im Bereich der Kunststoffe hat man in erster Linie mit dem Vergilben und VerspriSden des Materials zu rechnen. Zur Theorie ifber den Einflug des Lichtes auf Kunststoffe standen sich friiher zwei unterschiedliche Auffassungen gegen- * Anwendungstechnische Abteilung, Haarmann & Reimer GmbH, Holzminden.

578 JOURNAL OF THE SOCIETY OF COSMETIC CHEMISTS iiber. Die eine besagte, dab durch Zusammenwirken yon Lichtenergie und Sauer- stoff aus der Luft Wasserstoffperoxyd gebildet wiirde, das dann den weiteren Abbau verursacht. Die zweite Hypothese besagte, dab Lichtschiiden auf einem rein fotolytischen Effekt beruhten. Wie so hiiufig bei derartigen Arbeits- hypothesen zeigte sich, dab die Wahrheit in der Mitre liegt, d. h. beide Auf- fassungen ihre Berechtigung haben. LAUNER und WILSON untersuchten 1949 Viskosefolien unter Ultravioletteinwirkung einmal mit und einmal ohne Wasser und Sauerstoff (3). Nach diesen Forschungen liiBt sich der Giiltigkeitsbereich der oben geschilderten Auffassungen durch die Wellenliinge etwa abgrenzen. Auf den ersten Blick erscheint es iiberraschend, dab gerade das UV-Licht, das nur etwa 5 % an der Gesamtstrahlung des Sonnenlichtes ausmacht, an der Licht- schiidigung so maBgeblich beteiligt sein soll. Eine einfache und einleuchtende Erkliirung findet man in den Aussagen der Quantentheorie. Licht kann nur in diskreten Energiebetriigen, sog. Quanten oder mehrfachen dayon, erzeugt oder vernichtet werden. Die Energie der Photonen ist abhiingig yon der Art der entsprechenden Wellen. Nach dem Grundgesetz der Fotochemie kann Strahlungsenergie nur dann auf einen Stoff einwirken, wenn dieser auch dazu befiihigt ist, sie zu absorbieren. Die Absorption erfolgt dabei stets in einzelnen Lichtquanten, den Photonen, durch einzelne Molekiile. SIPPEL (4) stellte grundlegende Untersuchungen iiber die energetischen Vorgiinge bei der Lichteinwirkung an und fand: Sofern die Wellen- liinge des eingestrahlten Lichtes kurz genug ist, z. B. 310 m•t, was einer Energie yon etwa 92 kcal./Mol. entspricht, kann der Energiebetrag der Photonen allein zur Spaltung yon Makromolekiilen ausreichen, unabhiingig yon der Temperatur und vom Sauerstoff- und Wassergehalt der Luft. Ist die Wellenliinge jedoch zu groB, z. B. 388 m•t, entsprechend 74 kcal./Mol., so sind fiir die Geschwindigkeit und das AusmaB der ZerstiSrung die Temperatur, der Sauerstoff- und Wasser- gehalt der umgebenden Luft bestimmend. Hier wirkt chemische Energie durch hydrolytische und oxydative Vorgiinge am Abbau mit. Der Schwerpunkt der Lichtschiidigung liegt bei etwa 360 m•t, das bedeutet, dab der EinfiuB yon Wasserdampf und Sauerstoff recht erheblich ist und Fensterscheiben fiir Flaschen, Beutel und anderes Verpackungsmaterial aus Kunststoff keinen ausreichenden Schutz gewlihren, da sie yon dieser Strahlung nahezu 90 ø/0 durchlassen. UV-Absorber in Polymeren Die Polymeren, die durch UV-Absorber stabilisiert werden sollen, sind hiiufig farblos und transparent. Diese Stoffe absorbieren im langwelligen UV-Bereich nur einen geringen Strahlungsanteil. Setzt man solchem Material Molekiile mit einem hohen UV-AbsorptionsvermiSgen zu, so wird dadurch die Trefferwahr- scheinlichkeit der schiidigenden Photonen auf die lichtempfindlichen Molekiile sehr stark herabgesetzt und somit das betreffende Substrat gegen schiidigendes UV-Licht weitgehend stabilisiert. Der UV-Absorber zieht gewissermaBen die