siehe Trisbiphenyltriazin

Tastet Objekte mit Hilfe eines gebündelten Strahls von Elektronen ab; die Stärke der Objekte darf nur im Nanobereich liegen, da die Elektronen nur sehr dünne Schichten durchdringen können.

Eigenschaft, bei der ein Stoff durch Bewegen, zum Beispiel Schütteln oder Rühren, dünnflüssiger wird. Wichtig für die Entwicklung von Farben und Kosmetik.

Wasserunlösliches, weißes Mineral, das in Form von Nanopartikeln bzw. Nanoplättchen z. B. in kosmetischen Sonnenschutzmitteln als Schutz vor UV-Strahlung, aber auch in Nanokompositen zur Herstellung absolut gasdichter Lebensmittelverpackungen verwendet wird.

In Form von z.B. Rutil in der Natur weit verbreitet. Es ist chemisch und thermisch sehr stabil, reagiert also mit anderen Chemikalien oder auf Hitze und Kälte kaum. In seiner größeren Form findet Titandioxid als Weißpigment breite Verwendung in Farben, Lacken und Kunststoffen und ist auch als Farbstoff für Lebensmittel (E 171) zugelassen.

Industriell hergestelltes Titandioxid wird vorwiegend aus dem eisenhaltigen Mineral Ilmenit über die Zwischenstufen Titansulfat oder Titantetrachlorid gewonnen. Die Primärpartikel des nanoskaligen Titandioxids haben Abmessungen von typischerweise 15 bis 150 Nanometer (zum Vergleich: Bei dem als Weißpigment eingesetzten Titandioxid sind es durchschnittlich 300 Nanometer).

Titandioxid ist schon lange als UVB-Filter bekannt, die ersten Patente wurden bereits Mitte der 1980er Jahre erteilt, seit 1995 ist es in Deutschland, seit 2002 EU-weit als UV-Filter für kosmetische Mittel zugelassen.

In Kosmetika
Nano-Titandioxid (TiO2) wird in der kosmetischen Industrie als UV-Filter-Pigment eingesetzt. Es findet sich in Sonnenschutzmitteln sowie in Hautpflegeprodukten mit UV-Schutz wie beispielsweise Tagescremes. Auf der Zutatenliste der Verpackungen wird es als TITANIUM DIOXIDE (nano) aufgeführt.

Die Titandioxid-Partikel, die in kosmetischen Mitteln als UV-Filter eingesetzt werden, sind zwischen 15 und 150 nm groß. Sie werden in der Regel mit Aluminium- oder Siliciumverbindungen beschichtet. Auf diese Weise lassen sie sich im jeweiligen Produkt besser verteilen und verlieren vor allem ihre photokatalytischen Eigenschaften: Nano-Titandioxid vermittelt unter Lichteinfluss die Bildung von freien Radikalen. Sauerstoffradikale wären jedoch ein unerwünschter Stressfaktor für die Haut. Eine Studie US-amerikanischer Forscher untersuchte, wie stabil eine solche Aluminiumhydroxid-Beschichtung in Chlorwasser ist. Demnach ist es durchaus möglich, dass sich die schützende Aluminiumhülle auflöst (mehr dazu).

Mit der Sonnencreme aufgetragen, legen sich die Nano-Titandioxid-Partikel als schützender Film auf die oberste Hautschicht. Dort streuen und absorbieren sie die UV-Strahlen des Sonnenlichtes. Auf diese Weise wird die Haut vor schädlichen Sonnenfolgen wie Sonnenbrand, DNA-Schäden usw. geschützt. Durch die Kombination mit löslichen organischen UV-Filtern sind sehr hohe Lichtschutzwirkungen möglich. 

Nanoskaliges Titandioxid hat deutlich bessere UV-Filter-Eigenschaften als größer strukturiertes. Anders als das Weißpigment, ist Nano-TiO2 zudem für das menschliche Auge unsichtbar. Es hinterlässt also keinen weißlichen Film auf der Haut, so dass Sonnenhungrige sich zu ihrem eigenen Nutzen großzügiger eincremen.

Sicherheit
Nano-Titandioxid gilt als sehr gut hautverträglich. Es war immer wieder Gegenstand von Risikobewertungen und Sicherheitsuntersuchungen. Das deutsche Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) sowie die australische Arzneimittelbehörde TGA wiesen bereits in ihren Bewertungen aus den Jahren 2005 bzw. 2009 darauf hin, dass Nano-Titandioxid nicht die Hautbarriere durchdringt und kein Gesundheitsrisiko für den Verbraucher darstellt. In mehreren Studien wurde gezeigt, dass Nano-Titandioxid in gesunde Haut und den Blutkreislauf nicht eindringt.

Diese Ergebnisse wurden durch den Wissenschaftlichen Ausschuss für Verbrauchersicherheit der Europäischen Union (Scientific Committee on Consumer Safety, SCCS) im Jahr 2014 nach einer umfassenden Neubewertung bestätigt. Er kommt zu dem Ergebnis, dass Nano-Titandioxid als UV-Filter in einer Konzentration von bis zu 25 Prozent sicher ist. Das betrifft gesunde und intakte Haut ebenso wie Haut, die durch Sonnenbrand geschädigt ist. Auch hier dringt Nano-TiO2 nach derzeitigem Erkenntnisstand nicht ein.

Im Rahmen der gesundheitlichen Bewertung von Nano-TiO2 wurde auch untersucht, wie es sich mit stärker geschädigter Haut verhält. Demnach sind auch dann keine gesundheitlichen Gefahren zu erwarten, wenn geringe Mengen Nano-TiO2 über kleinere Hautverletzungen in die Haut oder die Blutbahn gelangen sollten. Zum Verbleib des Titandioxids im menschlichen Körper besteht jedoch noch weiterer Forschungsbedarf.

Sonnenschutzprodukte sollten in jedem Fall nur auf intakter Haut angewendet werden. Bei Sonnenbrand sollte die Haut, unabhängig von der Zusammensetzung der Sonnenschutzprodukte, überhaupt keiner weiteren Sonnenstrahlung mehr ausgesetzt werden.

Für Sonnenschutz-Sprays geben Experten Entwarnung: Zwar würde nanoskaliges Titandioxid-Pulver als solches beim Einatmen Lungenschädigungen hervorrufen. In Sonnenschutzprodukten wird es aber nicht in freier Form verwendet, sondern ist in den Formulierungen der kosmetischen Mittel (Creme, Lotion etc.) gebunden. Nanoskaliges Titandioxid wird zudem nicht in Druckgassprays eingesetzt. Nano-Titandioxid kann aber in Produkten enthalten sein, die als Pumpsprays angeboten werden. Diese Sonnensprays bilden nur einen sehr groben Sprühnebel aus, der nicht leicht bzw. nicht fein genug ist, um in die tieferen Atemwege und die Lunge zu gelangen. Die Charakteristika des Sprühnebels werden von den Herstellern routinemäßig überprüft. Gemäß der rechtlichen Regelungen müssen sie sicherstellen, dass er nicht in die Lunge vordringen kann. Ungeachtet dessen sollten die Produkte nicht in der Nähe des Gesichts versprüht werden. 

Im Februar 2020 wurde Titandioxid von der Europäischen Kommission als „vermutlich krebserregend beim Einatmen“ eingestuft. Demnach können mögliche gesundheitsgefährdende Wirkungen auftreten, wenn titandioxidhaltige Stäube eingeatmet werden. Die Einstufung gilt für reines Titandioxid als Pulver und pulverförmige Produkte, wenn sie mindestens ein Prozent Titandioxid-Partikel enthalten, die 10 Mikrometer groß oder kleiner sind.

Was die Auswirkungen auf Kosmetika betrifft, so ist das Vorgehen in solchen Fällen in der Kosmetik-Verordnung geregelt. Als Folge der Einstufung durch die EU-Kommission musste die Sicherheit von Titandioxid in Kosmetikprodukten vom SCCS noch einmal neu bewertet werden. Diese Prüfung hat Anwendungen unter die Lupe genommen, bei denen Titandioxid eingeatmet werden kann, z. B. in Form von Aerosolen (feinster Sprühnebel), Sprays und Pulver. Im Ergebnis erachtet der SCCS Titandioxid in pulverförmigen Anwendungen wie losem Gesichtspuder in einer maximalen Konzentration von bis zu 25 Prozent als sicher. Dagegen wird die Verwendung in Haarspray oder anderen sprühbaren Haarstylingprodukten in dieser Konzentration weder für Verbraucher noch für Friseure als sicher eingestuft. Damit das der Fall ist, muss sie nach Ansicht des SCCS deutlich niedriger liegen, nämlich bei 1,4 bzw. 1,1 Prozent.

Lebensmittelzusatzstoff 
Die vermutlich krebserzeugende Wirkung betrifft Titandioxid-Partikel, die eingeatmet werden und in die Lunge gelangen. Diese Ergebnisse spielen für die gesundheitliche Bewertung von Titandioxid, das über Lebensmittel aufgenommen wird, keine Rolle.

Die Aufnahme von Titandioxid als Lebensmittelzusatzstoff war bisher nach Angaben der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) gesundheitlich unbedenklich. Auch das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) sah nach dem damaligen Kenntnisstand keine gesundheitliche Gefährdung. Das BfR wies aber daraufhin, dass noch weitere Forschungen notwendig seien.

Das sah die Gesundheitsbehörde in Frankreich anders und entschied im April 2019, den Lebensmittelzusatzstoff zu verbieten. Das Verbot galt von Januar bis Dezember 2020. Mehr dazu finden Sie in diesem Beitrag. Im Dezember 2020 verlängerte Frankreich das Verbot um ein weiteres Jahr bis Ende 2021.

Ganz so weit ist die Europäische Union noch nicht. Nachdem Titandioxid im Mai 2021 von der EFSA als nicht mehr sicher in Lebensmitteln bewertet wurde, liegt der Ball nun bei der EU-Kommission. Sie entscheidet auf Basis der EFSA-Stellungnahme, ob der Zusatzstoff weiterhin zugelassen bleibt oder verboten wird. Die für den gesundheitlichen Verbraucherschutz zuständige Bundesministerin Julia Klöckner fordert, dass die Zulassung von E 171 zurückgenommen wird.

Die Neubewertung der EFSA von Titandioxid als Zusatzstoff ergab, dass es eine möglicherweise erbgutschädigende Wirkung hat. Was es damit genau auf sich hat, haben wir in diesem Beitrag für Sie zusammengestellt.

Andere Produkte
Aufgrund der Einstufung von Titandioxid als vermutlich krebserregend gelten neue Kennzeichnungsregeln ab Oktober 2021. Dann müssen pulverförmige Produkte, die ein Prozent oder mehr an Titandioxidpartikeln mit einer Größe unter 10 Mikrometer enthalten, mit dem Gefahrenhinweis „Achtung! Kann beim Einatmen vermutlich Krebs erzeugen“ gekennzeichnet werden. Beispiele für solche Produkte sind Pulverlacke, Putze oder Mörtel.

Die Einstufung als „vermutlich krebserregend beim Einatmen“ betrifft keine flüssigen oder festen Gemische wie Farben oder Lacke und auch keine festen Erzeugnisse wie Tapeten, Papier, gefärbte oder lackierte Gegenstände.

Allerdings sind künftig ergänzende Kennzeichnungen für flüssige und feste Gemische vorgeschrieben, die mindestens ein Prozent Titandioxidpartikel in einer Größe von bis zu 10 Mikrometern enthalten. Sie müssen die entsprechenden Warnhinweise tragen: „Achtung! Beim Sprühen können gefährliche lungengängige Tröpfchen entstehen. Aerosol und Nebel nicht einatmen“ bzw. „Achtung! Bei der Verwendung kann gefährlicher lungengängiger Staub entstehen“.

Beim Heimwerken ist es - unabhängig von den neuen Regelungen - nach wie vor ratsam, auf eine geeignete Schutzausrüstung zu achten. Besonders bei Maler- und Renovierungsarbeiten, bei denen Stäube frei werden, oder bei der Verwendung von Sprays werden entsprechende Sicherheitsvorkehrungen dringend empfohlen. Das übliche Streichen mit Pinsel und Rolle stellt keine Gefahr dar, mit titandioxidhaltigem Staub in Kontakt zu kommen. Der Stoff ist in Farben und Lacken fest gebunden. Er wird nicht frei gesetzt, auch nicht im getrockneten Zustand.

Die neuen Regelungen zu Titandioxid betreffen vor allem den Arbeitsschutz. Hier gibt es bereits Vorschriften, Grenzwerte und Maßnahmen, um die Beschäftigten vor gesundheitsgefährdenden Stäuben zu schützen, die Entzündungen oder Krebserkrankungen auslösen können. Sie bieten ebenfalls einen ausreichenden Schutz von titandioxidhaltigen Stäuben.

Zu bedenken ist außerdem, dass schwer lösliche Stäube, die beim Einatmen in die Lunge gelangen und sich dort anreichern können, grundsätzlich gesundheitsschädigend sein können. Dieser Effekt ist bei verschiedenen Stoffen zu beobachten, nicht nur bei Titandioxid.

Auch auf Spielzeug haben die geänderten Vorschriften zu Titandioxid Auswirkungen. Laut der europaweit geltenden Spielzeugrichtlinie ist es verboten, Stoffe zu verwenden, die als krebserzeugend oder vermutlich krebserzeugend eingestuft wurden. Ausnahmeregelungen sind möglich, beispielsweise wenn sichergestellt werden kann, dass die Stoffe nicht freigesetzt werden. Es bleibt jedoch abzuwarten, wie die Hersteller künftig mit Titandioxid umgehen.

Chemische Verbindungen aus den Elementen Titan und Stickstoff, die in ihrer Struktur an Salz erinnert.

Titanitrid (TiN) kommt in der Natur nicht natürlicherweise vor. Es kann durch chemische Reaktion aus Titandioxid gewonnen werden, nanokristalline Pulver werden jedoch durch die Reaktion von Titantetrachlorid mit Stickstoff (oder Ammoniak) unter Beteiligung von Wasserstoff erzeugt.

TiN ist sehr hart, dicht und hitzestabil. Es ist ein guter elektrischer Leiter, nicht in Wasser löslich und verhältnismäßig säurestabil. Es wird unter anderem als Dünnschicht auf die Oberfläche von Werkzeugen aufgetragen, um diese vor dem Verschleiß zu schützen. Nano-TiN kommt zum Beispiel in elektrischen Kondensatoren, deren einzelne Teile kleiner als 100 nm sind.

In Kunststoffen wird nano-TiN eingesetzt, um ihre thermischen Eigenschaften zu verbessern. Es erniedrigt den Schmerlzpunkt von PET-Kunststoff, so dass das Einschmelzen der Masse und seine Ausformung leichter wird. Auf diese Weise können beispielsweise die PET-Formen, aus denen Getränke-Flaschen geblasen werden, schneller erhitzt werden. Das erlaubt es den Herstellern, in der gleichen Zeit mehr PET-Flaschen zu produzieren.

Titanitrid (TiN) gilt als gesundheitlich unbedenklich und ist für ein Einsatz in Lebensmittelverpackungen und –behältern zugelassen. In diesen Bedarfsgegenständen ist es fest in den Kunststoff eingebunden, es gibt derzeit keine Hinweise darauf, dass sich daraus nano-TiN-Partikel lösen könnten.

Fortschreitende Verkleinerung chemischer Strukturen bis auf Molekül- oder Atomebene; Gegensatz zum "Bottom-up"-Verfahren.

Siehe top-down.

UV-Filter mit Breitbandwirkung, der sowohl gegen UV-A-Strahlung als auch gegen UV-B-Strahlung wirkt. Anders als andere UV-Filter ist TBPT nicht mineralisch und wirkt schon in geringen Mengen in einem sehr breiten Spektralbereich.

TBPT wird in chemischer Synthese aus Cyanurchlorid hergestellt. In einer Kondensationsreaktion mit Bisphenyl entsteht dabei ein organischer Feststoff, der sehr fein vermahlen wird. Dabei entstehen Partikel, die zwischen 80 und 150 nm groß sind. Der UV-Filter kommt als Dispersion mit Wasser in den Handel. TBPT ist kaum in Ölen löslich und unlöslich in Wasser, im kosmetischen Endprodukt liegen die Partikel also praktisch unverändert vor.

In Kosmetika
Für das menschliche Auge unsichtbar, legt sich TBPT als Film auf die Haut und streut, reflektiert und absortbiert die UV-Strahlung des Sonnenlichtes. Seit August 2014 ist es EU-weit als UV-Filter in kosmetischen Mitteln zugelassen. TBPT darf in Sonnenschutzprodukten sowie Tagescremes und anderen Kosmetika mit UV-Schutz eingesetzt werden, wobei sein Anteil nicht mehr als 10 % am Gesamtprodukt ausmachen darf. In der Liste der Inhaltsstoffe wird TBPT wie folgt gekennzeichnet: Trisbisphyenyltriazin (nano).

Sicherheit
TBPT ist der erste rein als Nanomaterial zugelassene UV-Filter für kosmetische Mittel. Die Zulassung erfolgte nach langer Prüfung im August 2014. Das Wissenschaftliche Komitee für Verbrauchersicherheit (Scientific Committee on Consumer Safety, SCCS) kam in seiner Bewertung zu dem Ergebnis, dass TBPT für die Anwendung in kosmetischen Mitteln sicher sei. Es gibt keine Hinweise darauf, dass nano-TBPT gesunde oder geschädigte Haut durchdringt. Da TBPT nicht in Sonnenschutzsprays eingesetzt wird, besteht keine Gefahr, den Stoff über die Atemwege aufzunehmen.

Befasst sich mit der wissenschaftlichen Beschreibung von Reibung, Verschleiß und Schmierung sowie der Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Reibungsvorgängen.

Quantenmechanisches Phänomen bei dem Atome eine Barriere überwinden, ohne über sie hinweg springen zu müssen; spielt vor allem bei Rasterelektronenmikroskopen (REM) eine Rolle.