Multiscale microscopic characterization of cosmetic foundation pigments: relating microstructure to optical finish, coverage, and perceived texture

Jeden Tag tragen Millionen von Menschen eine dünne Schicht farbiger Creme auf ihre Gesichter auf, um ihren Hautton auszugleichen. Dieses Produkt, bekannt als Foundation, gehört zu den beliebtesten Artikeln auf dem globalen Kosmetikmarkt. Während die Farbe des Produkts sorgfältig auf die Haut einer Person abgestimmt wird, bestimmen zwei weitere Qualitäten, ob ein Verbraucher ein bestimmtes Fläschchen liebt oder hasst: wie das Licht von der fertigen Schicht reflektiert wird und wie gut es die Haut darunter verbirgt. Ein Produkt kann perfekt glatt und matt aussehen oder mit einem taufrischen Glanz strahlen. Es kann einen Makel vollständig abdecken oder ihn sichtbar lassen. Seit Jahrzehnten beschreiben Kosmetikunternehmen diese Eigenschaften mit Marketingwörtern wie „samtig“, „strahlend“ oder „hohe Deckkraft“. Diese Beschreibungen sind jedoch subjektiv. Sie sagen einem Kunden, wie sich ein Produkt anfühlt oder wie es auf einem Foto aussieht, aber sie erklären nicht den physikalischen Grund, warum sich eine Formel leicht und leuchtend anfühlt, während eine andere sich schwer und matt anfühlt. Ohne ein klares Verständnis der winzigen Partikel in der Flasche raten Formulierer im Grunde nur, wie sie Inhaltsstoffe mischen müssen, um eine bestimmte Textur zu erreichen.

Ein Forschungsteam machte sich daran, dieses Rätsel zu lösen, indem es in sechs verschiedene kommerzielle Flüssig-Foundations einer einzigen globalen Luxusmarke blickte. Sie wollten die unsichtbare Welt der mikroskopischen Partikel mit der sichtbaren Welt des optischen Finishs und dem menschlichen Erleben von Textur verbinden. Um dies zu erreichen, setzten sie eine leistungsstarke Kombination von Werkzeugen ein. Zuerst verwendeten sie hochauflösende Elektronenmikroskope, um Bilder der getrockneten Rückstände der Foundation aufzunehmen, die die Form und Größe der Pigmentpartikel enthüllten. Sie nutzten auch eine Technik, die die in diesen Partikeln vorhandenen chemischen Elemente identifiziert. Als Nächstes maßen sie, wie viel Licht die getrockneten Filme reflektierten und wie gut sie die Sicht auf eine schwarz-weiße Tabelle darunter blockierten, was eine objektive Bewertung der „Deckkraft“ lieferte. Schließlich baten sie dreißig Konsumenten, die Textur jedes Produkts anhand einer spezifischen Liste von Wörtern zu beschreiben, die von „leicht“ bis „schwer“ und von „matt“ bis „strahlend“ reichten. Durch den Vergleich der mikroskopischen Fotos, der Lichtmessungen und der menschlichen Beschreibungen erstellten die Forscher eine Karte, die die physische Struktur des Produkts mit seiner Leistung und seinem Gefühl verbindt.

Die Studie ergab, dass die Textur und Leistung dieser Foundations durch nur zwei Haupttypen anorganischer Partikel bestimmt werden: Titandioxid und Siliziumdioxid. Diese Partikel fungieren als Bausteine des Films. Die Titandioxid-Partikel sind unglaublich klein und haben einen Durchmesser von etwa 110 bis 280 Nanometern. Diese Größe ist entscheidend, da sie etwa halb so breit ist wie eine sichtbare Lichtwelle, was diese Partikel hocheffizient beim Streuen des Lichts und beim Verbergen der Haut unter der Schicht macht. Die Siliziumdioxid-Partikel hingegen sind viel größer und bewegen sich im Bereich von etwa 7 bis 87 Mikrometern. Während das Titandioxid für die Deckkraft zuständig ist, steuert das Siliziumdioxid, wie sich das Produkt verteilt und wie das Licht über die Oberfläche diffundiert. Die Forscher fanden heraus, dass die Größe, Form und Anordnung dieser Partikel bestimmen, ob sich eine Foundation glatt oder rau anfühlt und ob sie matt oder glänzend aussieht.

Als die Forscher die sechs verschiedenen Kollektionen untersuchten, entdeckten sie, dass die Hersteller unterschiedliche Strategien angewandt hatten, um verschiedene Finishes zu kreieren. In der Kollektion, die sich am glattesten anfühlte und die gleichmäßigste Deckkraft bot, waren die winzigen Titandioxid-Partikel perfekt rund und gleichmäßig verteilt, während die größeren Siliziumdioxid-Partikel glatte Sphären waren. Diese Kombination erzeugte einen Film, der matt aussah und sich sehr haftend auf der Haut anfühlte. Im Gegensatz dazu enthielten die Kollektionen, die sich rauer oder körniger anfühlten, Partikel, die zusammengeklumpt waren oder unebene, hügelige Oberflächen aufwiesen. Eine Kollektion wies Siliziumdioxid-Partikel auf, die hohl und zylindrisch geformt waren, was einen sehr matten Look erzeugte, sich aber etwas kreidig anfühlte. Eine andere Kollektion verwendete eine Mischung aus sehr großen, porösen Siliziumdioxid-Sphären neben den winzigen Titandioxid-Partikeln, was zu einem Produkt führte, das gut abdeckte, sich aber weniger gleichmäßig anfühlte. Die Forscher fanden auch heraus, dass die chemische Zusammensetzung der Partikel wichtig war; so fügte beispielsweise das Vorhandensein von Aluminium in Form von flachen, plattenartigen Partikeln einen perlmuttartigen Glanz hinzu, der das Produkt strahlend erscheinen ließ, selbst wenn die Oberfläche selbst nicht glänzend war.

Die bedeutendste Erkenntnis war, dass die menschliche Wahrnehmung von Textur durch den Blick auf diese mikroskopischen Details vorhergesagt werden konnte. Die Forscher fanden heraus, dass Konsumenten ihre Gefühle über Foundation natürlich in zwei Hauptkategorien organisieren: wie schwer oder leicht sich das Produkt anfühlt und ob es matt oder strahlend aussieht. Diese beiden Empfindungen korrespondieren direkt mit den physikalischen Messungen. Die Produkte, die die Konsumenten als „matt“ und „schwer“ beschrieben, waren jene mit der höchsten Deckkraft und der gleichmäßigsten Partikelverteilung. Die Produkte, die als „strahlend“ oder „taufrisch“ beschrieben wurden, waren jene, die spezifische Zusätze wie Aluminiumplatten enthielten, die das Licht so reflektierten, dass ein Glanz entstand, selbst wenn der Film selbst nicht glänzend war. Dies bedeutet, dass die vagen Marketingbegriffe, die verwendet werden, um Foundation zu verkaufen, tatsächlich in messbaren physikalischen Realitäten verwurzelt sind. Ein „mattes“ Finish ist nicht nur ein Gefühl; es ist das Ergebnis eines spezifischen Gleichgewichts von Partikelgrößen und -formen, die das Licht auf diffuse Weise streuen.

Die Forscher nutzten diese Erkenntnisse, um drei klare Regeln für das Design von Foundations vorzuschlagen. Erstens benötigt eine Formel für ein glattes, mattes Finish winzige Titandioxid-Partikel, die alle die gleiche Größe haben und gleichmäßig verteilt sind, gepaart mit glatten, dichten Siliziumdioxid-Partikeln. Zweitens wird die Fähigkeit eines Produkts, die Haut abzudecken, nicht allein durch die Menge an Titandioxid bestimmt, sondern durch die Gesamtmenge aller festen Partikel kombiniert. Wenn die Partikel zu dicht gedrängt sind, hören sie auf, effizient zu arbeiten, sodass die gesamte Mischung wichtiger ist als ein einzelner Inhaltsstoff. Drittens kann das Gleichgewicht zwischen einem matten und einem glänzenden Look durch das Hinzufügen von flachen, plattenartigen Partikeln angepasst werden, die einen Schimmer hinzufügen, ohne das Produkt fettig erscheinen zu lassen. Diese Regeln verwandeln die Kunst des Mischens von Kosmetika in eine Wissenschaft und ermöglichen es Formulierern, genau vorherzusagen, wie eine neue Mischung aussehen und sich anfühlen wird, bevor sie jemals in den Handel kommt.

Diese Arbeit schließt eine Lücke zwischen dem Labor und dem Konsumenten. Indem sie die mikroskopische Architektur einer Foundation in eine Sprache der Textur und des Finishs übersetzt, bietet die Studie eine neue Art, über Kosmetik zu sprechen. Anstatt sich auf subjektive Wörter zu verlassen, die für verschiedene Menschen unterschiedliche Bedeutungen haben können, können Formulierer nun die Größe und Form von Partikeln als Blaupause verwenden. Dieser Ansatz ist besonders wichtig im Zeitalter des Online-Shoppings, in dem Kunden ein Produkt nicht vor dem Kauf berühren können. Wenn ein Produkt als „matt“ und „haftend“ beschrieben wird, kann ein Konsument dieser Beschreibung vertrauen, wenn sie durch spezifische physische Belege in Form von glatten, gleichmäßig verteilten Partikeln gestützt wird. Die Studie bestätigt, dass die Art und Weise, wie sich eine Foundation auf der Haut anfühlt, kein Geheimnis ist, sondern das direkte Ergebnis der winzigen, unsichtbaren Welt der Partikel, aus denen sie besteht.