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

Elke dag brengt miljoenen mensen een dun laagje gekleurde crème aan op hun gezicht om hun huidskleur te egaliseren. Dit product, bekend als foundation, is een van de populairste artikelen in de wereldwijde cosmetikamarkt. Hoewel de kleur van het product zorgvuldig wordt afgestemd op de huid van een persoon, bepalen twee andere kwaliteiten of een consument een specifieke fles een liefde of een haat geeft: hoe het licht van de afgewerkte laag weerkaatst, en hoe goed het de huid eronder verbergt. Een product kan er perfect glad en mat uitzien, of het kan glanzen met een dauwachtige gloed. Het kan een onzuiverheid volledig bedekken, of het kan deze zichtbaar laten. Decennialang hebben cosmetische bedrijven deze kwaliteiten beschreven met marketingwoorden zoals "fluweelachtig", "stralend" of "volledige dekking". Echter, deze beschrijvingen zijn subjectief. Ze vertellen een klant hoe een product voelt of eruit ziet op een foto, maar ze leggen niet de fysieke reden uit waarom de ene formule zwaar en mat aanvoelt terwijl een andere licht en stralend aanvoelt. Zonder een duidelijk begrip van de minuscule deeltjes in de fles, zijn formulatoren in feite aan het gokken hoe ze ingrediënten moeten mengen om een specifieke textuur te bereiken.

Een team van onderzoekers probeerde dit mysterie op te lossen door in te kijken in zes verschillende commerciële vloeibare foundations van één enkel wereldwijd luxemerk. Ze wilden de onzichtbare wereld van microscopische deeltjes verbinden met de zichtbare wereld van optische afwerking en de menselijke ervaring van textuur. Om dit te doen, gebruikten ze een krachtige combinatie van instrumenten. Eerst gebruikten ze krachtige elektronenmicroscopen om foto's te maken van de gedroogde resten van de foundation, wat de vorm en grootte van de pigmentdeeltjes onthulde. Ze gebruikten ook een techniek die de aanwezige chemische elementen in die deeltjes identificeert. Vervolgens maten ze hoeveel licht de gedroogde films reflecteerden en hoe goed ze het zicht op een zwart-wit schema eronder blokkeerden, wat een objectieve score leverde voor "dekking". Ten slotte vroegen ze dertig consumenten om de textuur van elk product te beschrijven met behulp van een specifieke lijst met woorden, variërend van "licht" tot "zwaar" en van "mat" tot "stralend". Door de microscopische foto's, de lichtmetingen en de menselijke beschrijvingen te vergelijken, bouwden de onderzoekers een kaart die de fysieke structuur van het product verbindt met de prestaties en het gevoel ervan.

De studie onthulde dat de textuur en prestaties van deze foundations worden beheerst door slechts twee hoofdtypen anorganische deeltjes: titaniumdioxide en silica. Deze deeltjes fungeren als de bouwstenen van de film. De titaniumdioxide-deeltjes zijn ongelooflijk klein, variërend van ongeveer 110 tot 280 nanometer in diameter. Deze grootte is cruciaal omdat het ongeveer de helft van de breedte van een lichtgolf is, wat deze deeltjes zeer efficiënt maakt in het verstrooien van licht en het verbergen van de huid eronder. De silica-deeltjes zijn daarentegen veel groter, variënd van ongeveer 7 tot 87 micrometer. Terwijl de titaniumdioxide de dekkracht verzorgt, regelt de silica hoe het product zich verspreidt en hoe het licht over het oppervlak wordt gediffundeerd. De onderzoekers ontdekten dat de grootte, vorm en rangschikking van deze deeltjes bepalen of een foundation glad of ruw aanvoelt, en of het mat of glanzend oogt.

Toen de onderzoekers de zes verschillende collecties onderzochten, ontdekten ze dat de fabrikanten onderscheidende strategieën hadden gebruikt om verschillende afwerkingen te crekken. In de collectie die het meest vloeiend aanvoelde en de meest uniforme dekking bood, waren de kleine titaniumdioxide-deeltjes perfect rond en gelijkmatig verdeeld, terwijl de grotere silica-deeltjes gladde sferen waren. Deze combinatie creëerde een film die mat oogde en zeer hecht aan de huid aanvoelde. In contrast hiermee bevatten de collecties die ruwer of korreliger aanvoelden deeltjes die samenklonterden of een hobbelig, ongelijkmatig oppervlak hadden. Eén collectie bevatte silica-deeltjes die hol en cilindrisch van vorm waren, wat een zeer matte look creëerde maar enigszins krijtachtig aanvoelde. Een andere collectie gebruikte een mix van zeer grote, poreuze silica-sferen naast de kleine titaniumdeeltjes, wat resulteerde in een product dat goed dekte maar minder uniform aanvoelde. De onderzoekers ontdekten ook dat de chemische samenstelling van de deeltjes ertoe deed; bijvoorbeeld, de aanwezigheid van aluminium in de vorm van platte, plaatvormige deeltjes voegde een parelmoerglans toe, waardoor het product stralend leek, zelfs als het oppervlak zelf niet glanzend was.

De meest significante bevinding was dat de menselijke perceptie van textuur voorspeld kon worden door naar deze microscopische details te kijken. De onderzoekers ontdekten dat consumenten hun gevoelens over foundation van nature indelen in twee hoofdcategorieën: hoe zwaar of licht het product aanvoelt, en of het mat of stralend is. Deze twee gevoelens komen rechtstreeks overeen met de fysieke metingen. De producten die consumenten als "mat" en "zwaar" beschreven, waren de producten met de hoogste dekking en de meest uniforme deeltjesverdeling. De producten die als "stralend" of "dauwachtig" werden beschreven, waren de producten die specifieke additieven bevatten, zoals aluminiumplaten, die het licht op een bepaalde manier reflecteerden waardoor een gloed ontstond, zelfs als de film zelf niet glanzend was. Dit betekent dat de vage marketingtermen die worden gebruikt om foundation te verkopen, eigenlijk geworteld zijn in meetbare fysieke realiteiten. Een "matte" afwerking is niet alleen een gevoel; het is het result van een specifieke balans van deeltjesgrootte en -vorm die licht op een diffuse manier verstrooien.

De onderzoekers gebruikten deze bevindingen om drie duidelijke regels voor het ontwerpen van foundation voor te stellen. Ten eerste, om een gladde, matte afwerking te bereiken, heeft een formule kleine titaniumdioxide-deeltjes nodig die allemaal dezelfde grootte hebben en gelijkmatig verspreid zijn, gecombineerd met gladde, dichte silica-deeltjes. Ten tweede wordt het vermogen van een product om de huid te bedekken niet alleen bepaald door de hoeveelheid titaniumdioxide, maar door de totale hoeveelheid van alle vaste deeltjes gecombineerd. Als de deeltjes te dicht op elkaar zitten, stoppen ze met efficiënt werken, dus de totale mix is belangrijker dan welk enkel ingrediënt dan ook. Derde, de balans tussen een matte look en een glanzende look kan worden aangepast door platte, plaatvormige deeltjes toe te voegen, die een schittering toevoegen zonder het product vettig te laten lijken. Deze regels veranderen de kunst van het mengen van cosmetica in een wetenschap, waardoor formulatoren precies kunnen voorspellen hoe een nieuwe mix eruit zal zien en aanvoelen voordat deze ooit in een winkel ligt.

Dit werk overbrugt een kloof tussen het laboratorium en de consument. Door de microscopische architectuur van een foundation te vertalen naar een taal van textuur en afwerking, biedt de studie een nieuwe manier om over cosmetica te spreken. In plaats van te vertrouwen op subjectieve woorden die voor iedereen iets anders kunnen betekenen, kunnen formulatoren nu de grootte en vorm van deeltjes als een blauwdruk gebruiken. Deze aanpak is bijzonder belangrijk in het tijdperk van online winkelen, waarbij klanten een product niet kunnen aanraken voordat ze het kopen. Als een product wordt beschreven als "mat" en "hechtend", kan een consument op die beschrijving vertrouwen als deze wordt ondersteund door het specifieke fysieke bewijs van gladde, gelijkmatig verdeelde deeltjes. De studie bevestigt dat de manier waarop een foundation op de huid aanvoelt geen mysterie is, maar een direct resultaat van de kleine, onzichtbare wereld van de deeltjes waaruit het bestaat.