Praca z pigmentami kosmetycznymi – jak uniknąć problemów przy produkcji fluidów kosmetycznych

Któż z nas nie spotkał się ze źle dobranym kolorem fluidu? Borykamy się z tym problemem zarówno jako konsumentki kupujące produkt w drogerii, ale również jako technolodzy opracowujący formulację podkładów kosmetycznych.

Rozbieżność kolorystyczna między kolejnymi szarżami tego samego produktu czy ciemnienie masy w czasie mają wpływ na ogólny spadek jakości wyrobu kosmetycznego oraz na jego negatywny odbiór przez konsumenta. W efekcie skutkuje to reklamacjami i utratą zaufania konsumenta, a długofalowo odbija się na wizerunku firmy. Drugim negatywnym wpływem tego problemu jest aspekt finansowy. Dokonywanie korekt tzw. nastawów produkcyjnych powoduje wydłużenie procesu produkcyjnego oraz zwiększenie jego kosztów.

Utlenianie?

Zjawisko ciemnienia podkładu nazywane przez konsumentów również „utlenianiem” czy „oksydacją” dotyczy przebarwień podkładów. Jednak zjawisko utleniania fluidów nie zostało naukowo potwierdzone. Podstawowymi składnikami podkładów są woda, tłuszcze, silikony, emulgatory, pigmenty oraz dodatkowe wypełniacze czy tzw. film formery.

Woda nie jest naturalnie podatna na utlenianie. Większość tłuszczy czy olejów stosowanych w formulacjach podkładów to formy nasycone, które nie powodują problemów z utlenianiem.

Oleje silikonowe są wysoce stabilne, a także trudno je utlenić w normalnej temperaturze, w jakiej prowadzone są procesy z ich użyciem. Pigmenty stosowane w podkładach to pigmenty nieorganiczne, takie jak dwutlenek tytanu i tlenki żelaza (tlenek żelaza(I), tlenek żelaza(II), monohydrat tlenku żelaza(III)), które występują w postaci utlenionej i trudno je już dalej utlenić. Badania, które można znaleźć w literaturze skupiają się raczej na pomiarze zmiany koloru podkładów przy czynnikach zewnętrznych wpływających na stopień zaciemnienia.

Fakty i mity

Dobrze dobrany podkład to gwarancja udanego makijażu. Dlatego jego kolor powinien być idealnie dopasowany do odcienia naszej cery. Niestety często na pozór właściwy dla nas kolor po chwili od nałożenia na twarz staje się zbyt ciemny i pomarańczowy. Czy można temu zaradzić? Dlaczego podkład ciemnieje?

Reakcja, która zachodzi pod wpływem działania czynników zewnętrznych (pochodzących z otocznia)

Podkład położony na skórę zostaje wystawiony na reakcję z powietrzem, wilgocią, promieniami UV i innymi czynnikami zewnętrznymi. Dopóki pozostaje w opakowaniu jest przed tymi czynnikami chroniony. Czy te niszczące czynniki środowiska mogą powodować rozpad niektórych związków zawartych w podkładzie i zmianę jego barwy?

Reakcja z tym, co znajduje się na naszej skórze. Pot, sebum czy nałożone wcześniej kosmetyki zmieniające pH naszej skóry?

Nasza skóra chroni się przed niszczącym wpływem środowiska poprzez wydzielanie sebum. Jest to emulsja wodno-tłuszczowa, która chroni skórę przed wysuszeniem, podrażnieniami, zmianami temperatury itp. Im bardziej skóra jest „tłusta”, „świecąca”, tym więcej sebum wydziela. Niestety sebum również przyciemnia koloryt naszej skóry, ponieważ samo ma kolor szary. Jak bardzo ciemne jest sebum, zależy od indywidualnych uwarunkowań każdego z nas.

Czy może należałoby szukać problemu u jego źródła, czyli w procesie projektowania oraz powstawania kosmetyku?

Patrząc z perspektywy technologa może to być niestabilność formulacji, związana z nieprawidłowo dobraną technologią lub wadliwie wykonanym procesem produkcyjnym. Nie jest też wykluczone, że jakość użytych surowców wpływa na końcowy produkt. Istnieje wiele teorii dotyczących wpływu różnych czynników na ciemnienie podkładów, lecz wiele z nich jest niepotwierdzonych.

Aby dokonać miarodajnych badań zmiany koloru, pomiary należy wykonywać przy pomocy spektrofotometru. Wówczas wyniki będą bardziej obiektywne niż ocena ludzkiego oka, które może mieć różne postrzeganie zmiany kolorów. Do badania próbek fluidów wykorzystuje się tzw. kolorymetr. Najczęściej stosowaną przestrzenią barw w dziedzinie kosmetyków kolorowych jest znormalizowana wartość L*a*b (system oceny barwy CIELab – Commission internationale de l’éclairage (CIE)).

Gdzie: ΔE: wartość różnicy kolorów; ΔL: wartość różnicy jasności, wartość od ujemnej do dodatniej oznacza od ciemnego do jasnego. Im większa wartość bezwzględna wartości ujemnej, tym bardziej oczywiste jest zaciemnienie.; Δa, Δb: barwa i nasycenie, wartość a z ujemnej na dodatnią oznacza, że kolor zmienia się z zielonego na czerwony; wartość b z ujemnej na dodatnią wskazuje, że kolor zmienia się z niebieskiego na żółty.

Na podstawie pomiarów kolorymetrycznych i analizy różnicy jasności ΔL, możliwe jest scharakteryzowanie wpływu potencjalnych czynników powodujących ciemnienie, w tym sebum, potu i światła. Różnice jasności pomiędzy podkładem nałożonym na czystą skórę oraz pokrytą warstwą sebum wynosiły od -1 do -6 na skali. Dla skóry, na której powierzchni został zaabsorbowany pot różnica mieściła się w granicach -1, co wskazuje, że pot ma niewielki wpływ na przyciemnienie płynnego podkładu. W przypadku wpływu światła UV na zmianę koloru, różnice w jasności również mieszczą się w granicach -1.

Wyniki takich badań pokazują, że sebum w największym stopniu przyczynia się do przyciemnienia podkładu, podczas gdy pot i światło mają mniejszy wpływ, prawie niezauważalny. Ponieważ na ciemnienie podkładów wpływa głównie wydzielane przez organizm ludzki sebum, w celu poprawy stabilności kolorystycznej należałoby skupić się na poprawie lipofobowości formuły, poprzez umieszczenie w formulacji niepolarnych cieczy bądź lipofobowych film formerów.

Dobór pigmentów

Podstawowymi, a jednocześnie najbardziej wymagającymi składnikami kosmetyków do makijażu są pigmenty. Wśród nich, najczęściej stosowanym oraz w największej ilości, jest dwutlenek tytanu. Aby stworzyć stabilną i trwałą formulację fluidu kosmetycznego, należy starannie dobrać wszystkie składniki receptury. Przede wszystkim określamy rodzaj docelowego produktu (np. lekki krem BB, gęsta kryjąca emulsja, płynny podkład z tintem) dobierając odpowiedni typ emulsji (w ostatnim czasie najczęściej można spotkać emulsje typu woda w silikonie, w/si). Po zdefiniowaniu rodzaju emulsji oraz wyselekcjonowaniu składników, na których będą bazowały poszczególne fazy, dopasowujemy odpowiedni emulgator bądź układ emulgatora z ko-emulgatorem. W zależności od typu emulsji, należy dobrać odpowiednie pigmenty, które mają różne powinowactwo do fazy wodnej lub tłuszczowej, a więc pigmenty mogą być zawieszone w fazie wodnej, olejowej lub silikonowej. W kosmetyce kolorowej używane są dwa typy pigmentów – czyste oraz o zmodyfikowanej powierzchni, tzw. otoczkowane. W przemyśle kosmetycznym, modyfikowane powierzchniowo pigmenty są stosowane w celu poprawy ich przyczepności, zwiększenia stabilności fizycznej i chemicznej, zmniejszenia pylenia proszków, optymalizacji tworzenia dyspersji pigmentów oraz wymyślania innowacji niemożliwych do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych pigmentów.

Oprócz rodzaju otoczki, warto też dobrać odpowiednią formę krystaliczną pigmentu czy zwrócić uwagę na jego rozdrobnienie. Biel tytanowa, stanowiąca nawet do 15% receptury występuje w dwóch odmianach krystalicznych. Dwutlenek tytanu w formie rutylowej charakteryzuje się cząstkami o wydłużonym kształcie, podczas gdy cząstki anatazu mają sferyczny kształt. Kuliste cząstki łatwiej poddać jednorodnej modyfikacji powierzchni, poza tym zazwyczaj są mniej zróżnicowane wielkością i łatwiej rozpraszają się tworząc dyspersję w docelowej fazie.

Analiza jakości pigmentów

Biorąc pod uwagę szerokie zastosowanie pigmentów do produkcji różnych rodzajów kosmetyków bardzo istotne znaczenie mają ich właściwości fizykochemiczne. Spośród wielu technik, za pomocą których można scharakteryzować pigmenty, poniżej opisano trzy najbardziej przydatne w przedprodukcyjnej kontroli jakości. Przede wszystkim najszybsze, oraz dające jak najwięcej informacji, dzięki którym możliwe jest zweryfikowanie jakości surowców deklarowanej przez producentów.

1. Optyczna analiza mikroskopowa

Za pomocą mikroskopu optycznego można z łatwością scharakteryzować morfologię pigmentów. Na podstawie zdjęć mikroskopowych otrzymamy informacje na temat kształtu, oraz wielkości cząstek, stopnia ich rozproszenia czy tendencji do tworzenia aglomeratów oraz zweryfikujemy obecność zanieczyszczeń. Występowanie próbek w dużych, gęsto upakowanych skupiskach, utrudnia ich obserwację i świadczy o tendencji do zbierania się w aglomeraty czy agregaty. Bardziej rozproszone cząstki pigmentów mają lepszy stopień dyspersji, co ułatwia wprowadzanie ich do formulacji. Analiza mikroskopowa pozwala również na wykazanie niepożądanych zanieczyszczeń w surowcu. Zdjęcia sporządzone pod mikroskopem mogą stanowić dowód, który daje podstawy do reklamowania konkretnej partii surowca, a dzięki temu uniknięcia użycia wadliwego pigmentu do produkcji kosmetyku. Analiza mikroskopowa jest szybką i łatwą metodą, dzięki czemu można ją z powodzeniem wprowadzić do przedprodukcyjnej kontroli jakości pigmentów.

1. Analiza formy krystalicznej przy użyciu metody dyfraktometrii proszkowej (XRD)

Rentgenowska dyfraktometria proszkowa (XRD) to technika wykorzystująca dyfrakcję promieniowania rentgenowskiego w celu ustalenia faz krystalicznych wchodzących w skład badanego obiektu. Technikę tę stosuje się w analizie pigmentów (mineralnych lub syntetycznych). Technika XRD pozwala na rozróżnienie związków chemicznych, jak i różnych odmian polimorficznych tego samego związku (TiO2 – rutyl, anataz, brukit). Proszkowe badania dyfraktometryczne w szybki sposób wykazują różnice w strukturach krystalicznych badanych próbek, dzięki czemu możemy dobrać odmianę najlepszą do naszej formulacji.

1. Analiza zawartości otoczki przy zastosowaniu metody rentgenowskiej spektroskopii fluorescencyjnej (ED-XRF)

Do wielopierwiastkowej analizy pigmentów o zmodyfikowanej powierzchni zastosowano z powodzeniem spektroskopię fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii (ED-XRF). W badaniach wykorzystano metodę ED-XRF, głównie do oznaczenia zawartości krzemu (Si) z otoczki silanowej pigmentu, pokrytego Triethoxycaprylylsilane. ED-XRF jest metodą szybką i nie wymaga żmudnego przygotowywania próbki, co może być istotną zaletą w przedprodukcyjnej kontroli jakości. Analizę ilościową przeprowadzono z wykorzystaniem krzywej kalibracyjnej krzemu, uzyskując liniową zależność. Na jej podstawie można określić zawartość krzemu oraz ilość samej otoczki silanowej w próbkach. Uzyskane wyniki potwierdzają, że prawidłowe próbki zawierają Triethoxycaprylylsilane w ilości deklarowanej przez producenta (1%). Wyniki przedstawione na wykresie (Rys. 1.) pokazują również, ile partii znajdowało się poza specyfikacją producenta (zawartość Triethoxycaprylylsilane <1%).
Produkcja podkładu przy użyciu wadliwego pigmentu, z niedostateczną zawartością otoczki skutkuje otrzymaniem masy, która ciemnieje, drastycznie zmieniając kolor. Jest to spowodowane migracją białego pigmentu z fazy silikonowej emulsji do fazy wodnej (zmianę powinowactwa z silikonów na wodę), co skutkuje chowaniem się bieli w fazie wewnętrznej i tłumaczy zmianę koloru masy na znacznie ciemniejszy.

Podsumowanie

Jest wiele teorii dotyczących ciemnienia fluidów. Zbadanie głównych czynników powodujących ciemnienie podkładów i znalezienie optymalnego sposobu na zminimalizowanie tego zjawiska może nie tylko zapewnić cenną wskazówkę technologiczną, ale także wpłynąć pozytywnie na wizerunek marki. Warto zatem wprowadzić dodatkowe metody do przedprodukcyjnej kontroli jakości, aby dbać o jakość wyrobu gotowego i satysfakcję konsumentów.