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

Ogni giorno, milioni di persone applicano un sottile strato di crema colorata sul viso per uniformare l'incarnato. Questo prodotto, noto come fondotinta, è uno degli articoli più popolari nel mercato globale dei cosmetici. Sebbene il colore del prodotto sia accuratamente coordinato con la pelle della persona, altre due qualità determinano se un consumatore amerà o odierà una specifica confezione: come la luce rimbalza sullo strato finito e quanto bene nasconde la pelle sottostante. Un prodotto può apparire perfettamente liscio e opaco, oppure può brillare di una luminosità radiosa. Può coprire completamente un'imperfezione, o può lasciarla visibile. Per decenni, le aziende cosmetiche hanno descritto queste qualità usando parole di marketing come "vellutato", "radioso" o "copertura totale". Tuttavia, queste descrizioni sono soggettive. Dicono a un cliente come un prodotto sembra o come appare in una foto, ma non spiegano la ragione fisica per cui una formula si sente pesante e opaca mentre un'altra si sente leggera e luminosa. Senza una chiara comprensza delle minuscole particelle all'interno della boccetta, i formulatori stanno essenzialmente indovinando come mescolare gli ingredienti per ottenere una specifica consistenza.

Un team di ricercatori si è posto l'obiettivo di risolvere questo mistero osservando l'interno di sei diversi fondotinta liquidi commerciali di un singolo marchio di lusso globale. Volevano connettere il mondo invisibile delle particelle microscopiche con il mondo visibile della finitura ottica e l'esperienza umana della consistenza. Per farlo, hanno utilizzato una potente combinazione di strumenti. Per prima cosa, hanno usato potenti microscopi elettronici per scattare foto dei residui asciutti del fondotinta, rivelando la forma e la dimensione delle particelle di pigmento. Hanno anche utilizzato una tecnica che identifica gli elementi chimici presenti in quelle particelle. Successivamente, hanno misurato quanta luce riflettevano i film asciutti e quanto bene bloccavano la vista di una tabella in bianco e nero sottostante, fornendo un punteggio oggettivo per la "copertura". Infine, hanno chiesto a trenta consumatori di descrivere la consistenza di ogni prodotto utilizzando un elenco specifico di parole, che spaziavano da "leggero" a "pesante" e da "opaco" a "radioso". Confrontando le foto microscopiche, le misurazioni della luce e le descrizioni umane, i ricercatori hanno costruito una mappa che collega la struttura fisica del prodotto al modo in cui performa e a come si sente.

Lo studio ha rivelato che la consistenza e la performance di questi fondotinta sono governate da solo due tipi principali di particelle inorganiche: il biossido di titanio e la silice. Queste particelle agiscono come i mattoni del film. Le particelle di biossido di titanio sono incredibilmente piccole, con un diametro compreso tra circa 110 e 280 nanometri. Questa dimensione è critica perché è circa la metà della larghezza di un'onda di luce visibile, rendendo queste particelle altamente efficienti nello sparpagliare la luce e nel nascondere la pelle sottostante. Le particelle di silice, d'altro canto, sono molto più grandi, variando da circa 7 a 87 micrometri. Mentre il biossido di titanio gestisce il potere coprente, la silice controlla come il prodotto si distribuisce e come la luce si diffonde sulla superficie. I ricercatori hanno scoperto che la dimensione, la forma e la disposizione di queste particelle determinano se un fondotinta si sente liscio o ruvido, e se appare opaco o lucido.

Quando i ricercatori hanno esaminato le sei diverse collezioni, hanno scoperto che i produttori avevano utilizzato strategie distinte per creare diverse finiture. Nella collezione che risultava la più liscia e forniva la copertura più uniforme, le minuscole particelle di biossido di titanio erano perfettamente rotonde e distribuite uniformemente, mentre le particelle di silice più grandi erano sfere lisce. Questa combinazione ha creato un film che appariva opaco e si sentiva molto aderente alla pelle. Al contrario, le collezioni che risultavano più ruvide o granulose contenevano particelle che erano raggruppate o avevano superfici irregolari e bombate. Una collezione presentava particelle di silice cave e a forma di cilindro, che creavano un aspetto molto opaco ma risultavano in qualche modo gessose. Un'altra collezione utilizzava una miscela di sfere di silice molto grandi e porose insieme alle minuscole particelle di titanio, il che risultava in un prodotto che copriva bene ma si sentiva meno uniforme. I ricercatori hanno anche scoperto che la composizione chimica delle particelle era importante; ad esempio, la presenza di alluminio sotto forma di particelle piatte, simili a placche, aggiungeva una lucentezza perlacea, rendendo il prodotto radioso anche se la superficie stessa non era lucida.

Il risultato più significativo è stato che la percezione umana della consistenza poteva essere predetta osservando questi dettagli microscopici. I ricercatori hanno scoperto che i consumatori organizzano naturalmente i loro sentimenti riguardo al fondotinta in due categorie principali: come il prodotto si sente pesante o leggero, e se appare opaco o radioso. Questi due sentimenti corrispondono direttamente alle misurazioni fisiche. I prodotti che i consumatori descrivevano come "opachi" e "pesanti" erano quelli con la maggiore copertura e la distribuzione delle particelle più uniforme. I prodotti descritti come "radiosi" o "luminosi" erano quelli che contenevano additivi specifici, come le placche di alluminio, che riflettevano la luce in modo da creare un bagliore, anche se il film stesso non era lucido. Ciò significa che i vaghi termini di marketing usati per vendere il fondotinta sono in realtà radicati in realtà fisiche misurabili. Una finitura "opaca" non è solo una sensazione; è il risultato di un equilibrio specifico di dimensioni e forme delle particelle che disperdono la luce in modo diffuso.

I ricercatori hanno usato queste scoperte per proporre tre regole chiare per progettare il fondotinta. Primo, per ottenere una finitura liscia e opaca, una formula ha bisogno di minuscole particelle di biossido di titanio che siano tutte della stessa dimensione e distribuite uniformemente, abbinate a particelle di silice lisce e dense. Secondo, la capacità di un prodotto di coprire la pelle non è determinata solo dalla quantità di biossido di titanio, ma dalla quantità totale di tutte le particelle solide combinate. Se le particelle sono troppo affollate, smettono di funzionare con efficienza, quindi la miscela totale conta più di un singolo ingrediente. Terzo, l'equilibrio tra un aspetto opaco e un aspetto luminoso può essere regolato aggiungendo particelle piatte, simili a placche, che aggiungono una brillantezza senza rendere il prodotto unto. Queste regole trasformano l'arte di mescolare i cosmetici in una scienza, permettendo ai formulatori di prevedere esattamente come una nuova miscela apparirà e si sentirà prima ancora di essere messa su uno scaffale.

Questo lavoro colma un divario tra il laboratorio e il consumatore. Traducendo l'architettura microscopica di un fondotinta nel linguaggio della consistenza e della finitura, lo studio fornisce un nuovo modo di parlare dei cosmetici. Invece di affidarsi a parole soggettive che potrebbero significare cose diverse per persone diverse, i formulatori possono ora usare la dimensione e la forma delle particelle come una guida. Questo approccio è particolarmente importante nell'era dello shopping online, dove i clienti non possono toccare un prodotto prima di acquistarlo. Se un prodotto è descritto come "opaco" e "aderente", un consumatore può fidarsi di quella descrizione se questa è supportata dalla specifica evidenza fisica di particelle lisce e distribuite uniformemente. Lo studio conferma che il modo in cui un fondotinta si sente sulla pelle non è un mistero, ma è il risultato diretto del minuscolo e invisibile mondo di particelle che lo compone.