FORMULAZIONE DI MAKE-UP:

APPROCCI TECNOLOGICI

PER LA VALUTAZIONE DELLA DISPERSIBILITÀ

IN FASE LIQUIDA DEI PIGMENTI

FORMULAZIONE

La cosiddetta cosmesi colorata è un settore che occupa una fetta rilevante del mercato cosmetico, data la crescente importanza dell'immagine del corpo motivata dalla popolarità dei social media (1).

Gli agenti coloranti possono essere aggiunti ai cosmetici per “decorare” una parte del corpo; in particolare i prodotti di make-up, destinati a pelle, labbra e occhi, hanno non solo lo scopo di conferire colore ma anche di migliorare l'aspetto e nascondere le imperfezioni; possono inoltre avere funzione protettiva e curativa.

Questa classe di cosmetici svolge dunque un ruolo importante nella quotidianità, conferendo al consumatore quell'effetto di giovinezza e salubrità che sono aspetti sempre più rilevanti nella società odierna.

Con la miriade di scelte disponibili oggigiorno nel mondo del make-up, la cura e la personalizzazione dei prodotti emergono come forze trainanti chiave e ciò richiede combinazioni uniche e personalizzate per ogni individuo. L'industria cosmetica è inoltre costantemente alla ricerca di nuovi effetti coloristici che attirino otticamente i consumatori.

Poiché i prodotti per il trucco sono progettati per "coprire", la maggior parte degli agenti coloranti utilizzati in questo campo sono i pigmenti.

    INTRODUZIONE

    I pigmenti sono agenti coloranti insolubili; fisicamente e chimicamente non vengono influenzati dai mezzi in cui vengono dispersi, ciò implica che non si dissolvono durante l'applicazione e quindi rimangono depositati sulle superfici sotto forma di rivestimento.

    I pigmenti possono essere classificati in base alla loro origine (naturale o sintetica) e alla loro struttura chimica (inorganica e organica).

    I pigmenti inorganici hanno un alto indice di rifrazione, il che conferisce loro una maggiore capacità di diffondere la luce. Pertanto, questi composti sono molto bravi a "nascondere" la superficie sotto lo strato di rivestimento che creano; esempi tipici sono ossido di zinco, biossido di titanio e gli ossidi di ferro.

    I pigmenti organici sono intensamente colorati e sono incorporati nelle formulazioni esclusivamente per le loro proprietà coloristiche. Questi tendono ad avere una dimensione particellare inferiore rispetto ai pigmenti inorganici risultando così più trasparenti (2).

    I PIGMENTI 

    MARIANNA VOCALE1          PAOLA PERUGINI1,2

    1Dipartimento di Scienze del Farmaco, Università di Pavia | Italia

    2Etichub, Spin-off accademico, Università di Pavia | Italia

    Bio...

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    Il make-up consiste principalmente in pigmenti dispersi in sistemi lipofili e/o idrofili che risultano più o meno complessi; per ottenere alti standard qualitativi devono essere realizzate dispersioni efficienti e stabili. Poiché i problemi formulativi relativi alla dispersione dei pigmenti sono frequenti ed i requisiti di riproducibilità del colore diventano sempre più rigorosi, l’utilizzo di agenti bagnanti e disperdenti è indispensabile (3).

    Uno dei mezzi conosciuti che influenza le proprietà dei pigmenti è il loro trattamento superficiale, che consiste nella deposizione di un composto organico sulla superficie del materiale in questione.

    Per ottenere la bagnatura del pigmento la tensione superficiale del liquido deve essere inferiore alla tensione superficiale del solido e i rivestimenti applicati ai pigmenti aiutano notevolmente il processo di bagnatura moderando la tensione interfacciale solido-liquido.

    Il rivestimento aggiunto spesso è solo una piccola percentuale in peso e agisce influenzando l'energia superficiale dei pigmenti. Una volta “rivestiti” i pigmenti acquisiscono proprietà superficiali comparabili e quindi si disperdono in modo omogeneo nel mezzo idoneo.

    Il trattamento superficiale influisce anche sulla scorrevolezza delle polveri; in questo modo il processo di rivestimento dei pigmenti esalta anche le proprietà estetiche e funzionali delle formulazioni finite (4).

    I PIGMENTI NEL MAKE UP

    Figura 3. Valori massimi e minimi di retrodiffusione (%BS) registrati per: a) precipitazione di polvere nel mezzo; b) affioramento di polvere nel mezzo.

    Figura 2. a) Altezza polvere precipitata; b) Altezza polvere affiorata dalle 3 porzioni di polvere prelevate dallo stesso contenitore di stoccaggi in 3 diverse posizioni del contenitore (A fondo, B mezzo, C superficie).

    Figura 1. a) Foto del pigmento (Yellow iron oxide) non rivestito a sinistra; rivestito con derivati siliconici (Alkil-silane) a destra; b) Grafico MLS del pigmento non rivestito; c) Grafico MLS del pigmento rivestito con derivati siliconici.

    Prima dello step formulativo è importante comprendere le differenze tra pigmenti tal quali e pigmenti rivestiti ed il loro diverso comportamento nei vari mezzi disperdenti. Per questo motivo è fondamentale individuare tecnologie che permettano di attuare un idoneo processo di analisi e caratterizzazione.


    Angolo di contatto

    L’angolo di contatto è un parametro utilizzato per descrivere il fenomeno della bagnabilità di una superficie solida da parte di un liquido ed è definito come l’angolo che si forma dove l’interfaccia liquido/aria incontra quella liquido/solido (5).

    Maggiore è l’angolo di contatto registrato, minore sarà la bagnabilità della materia con il liquido adoperato.

    La misura dell’angolo di contatto è il metodo più veloce per prevedere la bagnabilità di un pigmento; in questo modo si riconoscono nell’immediato le caratteristiche intrinseche di idrofobia o idrofilia del materiale in base alla sua affinità con il mezzo disperdente selezionato per condurre l’analisi. Tale parametro permette inoltre di osservare il diverso comportamento dei pigmenti grezzi ed in seguito al processo di rivestimento. In seguito si riporta un esperimento condotto per studiare l’affinità tra un liquido disperdente e uno stesso tipo di pigmento grezzo (video A) e dopo processo di rivestimento (video B).


    LE TECNOLOGIE PER LA CARATTERIZZAZIONE DELLA DISPERSIBILITA’DEI PIGMENTI 

    Tabella 1. Relazione tra angolo di contatto registrato e livello di bagnabilità del pigmento.

    Tabella 2. Misura dell’angolo di contatto, nei primi 20 secondi di contatto, tra acqua distillata e: A) Pigmento grezzo; B) Pigmento rivestito.

    Video A. 

    Video B. 

    In Tabella 2 sono riportati, a titolo di esempio, le misurazioni dell’angolo di contatto ottenute su un pigmento (Titanium dioxide) allo stato grezzo (A) e sul medesimo pigmento rivestito con materiale siliconico (HYDROGEN DIMETHICONE) (B).

    Come si evince dalla Tabella 2 il comportamento nel tempo dei due materiali A e B con lo stesso mezzo disperdente è molto diverso; il pigmento grezzo risulta infatti più bagnabile dal liquido adoperato (acqua distillata) rispetto allo stesso pigmento rivestito con materiale siliconico. Questo risultato può essere di grande interesse nella fase preformulativa di un prodotto di make-up.



    Multiple light scattering

    La tecnologia Multiple Light Scattering (MLS) si basa sulla teoria secondo cui se un flusso luminoso attraversa una dispersione contenuta in una cella di misura in vetro, il fascio di luce viene suddiviso in due porzioni: i fotoni che incontrano le particelle lungo il percorso ottico vengono retrodiffusi e registrati come luce di backscattering (BS); i fotoni che attraversano il campione senza essere diffusi costituiscono la componente di luce trasmessa (T). Per applicare tale tecnologia alla caratterizzazione dei pigmenti questi vengono dispersi in un mezzo liquido e sottoposti a scansioni regolari per tempi e temperature prestabilite; i valori di backscattering e trasmissione rilevati lungo tutta l’altezza del campione vengono registrati e trasformati in grafici in cui in ordinata viene riportata la variazione % della componente luminosa (BS o T) e in ascisse l’altezza in mm del campione. La legenda colorata indica la sequenza temporale delle scansioni effettuate (Figura 1 B, C). Eventuali variazioni rispetto al tempo zero indicano l’instabilità della dispersione, causata da fenomeni di migrazione delle particelle di pigmento (sedimentazione o affioramento) (6).

    In base a questi parametri è possibile analizzare il comportamento e l’affinità in un determinato mezzo di pigmenti sia grezzi che rivestiti per predire il loro utilizzo nelle varie formulazioni cosmetiche.

    In Figura 1 si osserva la dispersione in acqua distillata del pigmento Yellow Iron Oxide allo stato grezzo (4a, sinistra) e rivestito con derivati siliconici (Alkil silane) (4a, destra). Dai grafici ottenuti con la tecnologia MLS è evidente il differente comportamento dei due campioni; in figura 1b le curve colorate indicano come nel tempo (curve colore giallo e poi rosso) avvenga un generale aumento di trasmissione (%T) e di backscattering (%BS) rispetto al tempo 0 (colore blu); ciò è causato dalla variazione della distribuzione della polvere all’interno del campione, dovuta a proprietà intrinseche del pigmento grezzo a contatto con acqua. Il pigmento non rivestito risulta dunque disperdibile in fase acquosa anche se nel tempo tende a precipitare. Per questo motivo sono necessari componenti aggiuntivi che mantengano la sospensione nel tempo per permettere la formulazione di una dispersione stabile.

    Al contrario, in figura 1c, non si registrano variazioni del profilo di tali parametri nel tempo (le curve a tutti i tempi coincidono), evidenziando come le caratteristiche idrofobiche del rivestimento di natura siliconica impediscano la dispersione nel mezzo acquoso del pigmento in questione, che rimane “sospeso” in superficie. È possibile constatare che una fase acquosa, in questo caso, non sia idonea per disperdere un pigmento del genere.

    La tecnologia MLS è anche utile nel controllo qualità dell’ingrediente in termini di aggregazione, variazioni nelle dimensioni o nella distribuzione di densità del solido sia come polvere tal quale che nella valutazione della sua stabilità nel tempo.

    A titolo di esempio si riportano i risultati di uno studio condotto su un biossido di titanio rivestito con un trigliceride C10-C18, di cui tre campioni di polvere A, B e C, prelevati da diverse porzioni del medesimo lotto di produzione e rispettivamente dal fondo, dalla metà e dalla superficie del contenitore di stoccaggio, sono stati pesati e dispersi nella stessa quantità di acqua distillata.

    Dai grafici ottenuti mediante MLS è possibile estrapolare le porzioni di solido che affiorano o che precipitano nel mezzo. Di seguito si riporta la rappresentazione grafica dei risultati espressi come mm di polvere affiorata o precipitata e come percentuale di backscattering ottenuta nelle medesime porzioni (Figura 2 e 3).

    I risultati riportati nelle figure 2 e 3 dimostrano la disomogeneità dei campioni analizzati, in particolare la porzione A prelevata dal fondo del contenitore ha un comportamento decisamente differente rispetto alle altre, che sembrano più simili tra loro. Da un confronto effettuato con il biossido di Titanio non rivestito è stato confermato che la porzione presente sul fondo del recipiente corrispondeva al pigmento non rivestito che presenta densità diversa e quindi comportamento in dispersione diverso.

    E’ importante sottolineare che l’omogeneità del pigmento è fondamentale per garantire la riproducibilità di colore nel prodotto finito di make-up da batch a batch e la sua stabilità nel tempo.


    I pigmenti sono essenziali nella produzione di make-up ed il risultato formulativo dipende dalle caratteristiche dei pigmenti utilizzati. Per tale motivo ancor prima dello step formulativo, è fondamentale analizzare e conoscere le proprietà intrinseche dei pigmenti; è fondamentale comprendere le differenze tra pigmenti grezzi e pigmenti trattati in seguito a rivestimento ed il loro diverso comportamento nei vari mezzi disperdenti, al fine di garantire dispersioni ottimali e dunque di ottenere alti standard di qualità e di riproducibilità di colore nei prodotti finiti.



    CONCLUSIONI