Siła krycia (opacity) produktów kosmetycznych – metody badawcze i oprzyrządowanie pomiarowe

W sektorze kosmetyków kolorowych pojęcie krycia jest dość powszechnym tematem. W końcu od tego, jak dobry stopień krycia wykazuje produkt, zależy ile potrzebujemy go nałożyć aby uzyskać pożądany efekt. Szczególnie istotny jest ten parametr w produkcji lakierów do paznokci, które już przy jednej warstwie powinny odznaczać się dobrym kryciem. Artykuł ten podsumuje:

1. Czym jest siła krycia/nieprzezroczystość (opacity)?
2. Od czego zależy wysoki stopień siły krycia – jak możemy wpłynąć na poprawę siły krycia naszego produktu?
3. W jaki sposób badać siłę krycia i na co zwrócić uwagę przy takim badaniu:

• spektrofotometry z wbudowanymi algorytmami oznaczania wskaźnika siły krycia,
• narzędzia aplikacyjne,
• wystandaryzowane podłoże.

W najprostszym ujęciu można by stwierdzić, iż siła krycia jest zdolnością materiału do zasłonięcia podłoża w taki sposób, aby nie było ono widzialne.  Kluczowy wpływ przy badaniu zdolności krycia produktu ma grubość warstwy, jaką zastosujemy. W tym przypadku relacja jest prosta i każdemu podpowiada ją podświadomość: im grubsza warstwa tym lepsze krycie. Jednakże musimy być świadomi, że zbyt gruba warstwa materiału, która nie odpowiada realnej aplikacji produktu końcowego, nie przyniesie nam rzetelnych rezultatów podczas badań jakości produktu. Kolejnym aspektem wpływającym na zdolność produktu do krycia jest jego jednorodność pod względem rozdrobnienia cząsteczek pigmentu. Zatem już na etapie produkcji możemy wpływać na właściwości produktu końcowego. Im lepiej przeprowadzony zostanie proces dyspergowania oraz mielenia (rozbijanie aglomeratów i agregatów cząsteczek i równomierne rozprowadzanie ich w medium), tym lepsze właściwości krycia oraz barwy uzyskamy w produkcie finalnym. Fot. 1 ukazuje ten sam produkt na dwóch etapach procesu technologicznego: po procesie pre-dyspersji (wielkość cząsteczek na poziomie 100 µm) oraz po procesie mielenia za pomocą młyna poziomego perełkowego DISPERMAT® SL5-C firmy VMA-Getzmann (średnia wielkość cząsteczek < 10 μm). Jak widać produkt po procesie mielenia wykazuje dużo lepszą jednorodność, a zatem będzie osiągał lepsze wartości krycia i wysycenia pigmentem.

W celu uzyskania najlepszych właściwości produktu oraz utrzymania ich powtarzalności należy kontrolować i mierzyć siłę krycia produktu. Siłę krycia czy nieprzezroczystość mierzy się za pomocą wzoru na współczynnik kontrastu.

Pomiary współczynnika kontrastu określone zostały w normie D2805 przez organ ASTM (Amerykańskie Towarzystwo Badań Materiałów) jako parametr kontroli produkcji i specyfikacji zakupów. Interpretacja współczynnika opiera się na zasadzie, że im wyższa siła krycia, tym mniej powłoki potrzeba na jednostkę powierzchni, aby uzyskać zadany stopień krycia. Wzór na współczynnik kontrastu przedstawiony został poniżej:

We wzorze Y_{czarne podłoże} jest trójchromatyczną wartością Y CIE zmierzoną dla próbki na czarnym podłożu, a Y_{białe podłoże} jest wartością trójchromatyczną CIE zmierzoną dla próbki na białym podłożu.

Międzynarodowe komitety opracowały normatywne metody pomiaru siły krycia oraz zarekomendowały stosowanie spektrofotometrów barwy do precyzyjnej oceny współczynnika kontrastu. Urządzenia do pomiaru barwy z wbudowaną opcją pomiaru siły krycia są aktualnie najczęściej stosowanymi narzędziami. Określanie procentowego współczynnika kontrastu za pomocą spektrofotometrów zapewnia obiektywne odczyty pomiaru barwy i wykorzystywane jest w większości gałęzi przemysłu.

Do przeprowadzenia badania siły krycia produktu potrzebujemy zatem:

• dobrego pod względem precyzji pomiaru spektrofotometru barwy,
• jednorodnego i wystandaryzowanego podłoża,
• precyzyjnego narzędzia aplikacyjnego.

Badanie siły krycia opiera się na nałożeniu produktu na kartę kontrastową – z zarówno białą, jak i czarną przestrzenią. Takie karty kontrastowe powinny być wystandaryzowane pod względem wartości czerni i bieli – odchylenia w wartościach L* (jasność w systemie CIE Lab) dla kart różnych partii może prowadzić do uzyskiwania różnych wyników i w konsekwencji wpływać na wiarygodność badań. Do przeprowadzonego na potrzeby tego artykułu badania zastosowano karty byko-charts opacity 2A firmy BYK Gardner (fot. 2 Karta testowa byko-chart OPACITY do badania siły krycia), przedstawione na Fot. 2.

Gdy wybierzemy odpowiednie podłoże do testów siły krycia, musimy zdecydować o grubości warstwy jaką będziemy aplikować. Jak już wcześniej wspomniano, grubość warstwy jest kluczowym aspektem w badaniu siły krycia. Aby zagwarantować powtarzalność grubości nakładanego materiału można zastosować aplikator o określonej wysokości szczeliny. Na rynku dostępnych jest wiele aplikatorów o różnych wysokościach szczeliny. Do naszego badania wybrany został aplikator walcowy o czterech wysokościach szczelin: 50, 100, 150, 200 µm (Fot. 3 Aplikator walcowy ręczny o czterech wysokościach szczeliny).

Materiałem, jaki posłużył do badania siły krycia był klasyczny lakier do paznokci. Na dwóch kartach testowych zostały przeprowadzone aplikacje dwóch grubości warstwy: 100 µm oraz 200 µm. Fot. 4 ukazuje gotowe wymalowania, gdzie już za pomocą oceny wzrokowej możemy zauważyć różnice w sile krycia dla obydwu warstw. Oczywiście grubsza warstwa (200 µm) odznacza się zdecydowanie lepszym kryciem.

W następnym kroku dokonano pomiaru siły krycia (opacity) za pomocą spektrofotometru spectro2guide firmy BYK Gardner z wbudowaną kamerą i algorytmem do wyliczania siły krycia (Fot. 5 Spektrofotometr spectro2guide z ikoną „OPACITY” na ekranie głównym).

Badanie polegało na zmierzeniu próbki zarówno na czarnym, jak białym tle. Wynikiem tej formuły jest współczynnik kontrastu czyli liczbowy procent nieprzezroczystości produktu. W przypadku zastosowania tego spektrofotometru po dokonaniu pomiarów nie musimy ręcznie obliczać współczynnika kontrastu – wyświetla się on na ekranie urządzenia (Fot. 6 Spektrofotometr spectro2guide z wynikiem współczynnika kontrastu na wyświetlaczu).

Wyniki pomiarów wykazały, iż współczynnik kontrastu dla próbki o grubości warstwy 100 µm równy był 19,30%, natomiast dla próbki o grubości warstwy 200 µm 28,16%. Wyniki jednoznacznie wskazują, iż grubsza warstwa zapewnia lepszy stopień krycia. Rozwijając produkt lub też pracując nad udoskonaleniem formulacji możemy dokonywać badań siły krycia w sposób prosty i powtarzalny zgodnie z powyższym opisem. Dodatkową korzyścią podczas takiego badania będzie jednoczesny pomiar parametrów wizualnych produktu, jak jego barwa oraz stopień połysku. Możemy także kontrolować stopień krycia w dziale kontroli jakości, aby mieć pewność, że nasze produkty zawsze będą odznaczały się tak samo dobrymi parametrami.

Zainteresowanych tematami z zakresu pomiaru barwy oraz kontroli jakości, jak i doboru odpowiedniego oprzyrządowania zapraszamy na nasze szkolenia i do zapoznania się z asortymentem firmy na stronie www.eurotom.pl