23A Colorimetria é uma arte que vai além da ciência, saber misturar as cores requer talento, e acima de tudo muita prática e conhecimento.

Após uma longa temporada de cores com efeitos mate e cremosos, as cores metálicas estão de volta. Sendo assim, vamos abordar na coluna de hoje os diversos tipos de pigmentos de efeito utilizados para acabamentos cintilantes, acetinados e metálicos. Entender a diferença destes tipos de ingredientes é essencial quando se formula qualquer tipo de maquiagem, uma vez que as regras de colorimetria são bem diferentes quando se fala de pigmentos opacos e pigmentos de efeito cintilantes.

O uso de pérolas e conchas nacaradas com o propósito de decoração vem desde os tempos remotos. A história de pigmentos perolados começou em 1656, quando um fabricante de rosário francês isolou das escamas dos peixes uma suspensão de brilho de seda e aplicou em pequenas esferas para criar as pérolas artificiais. Foi necessário 250 anos para isolar este material (guanina) e compreender o efeito perolado. A forte demanda por efeitos perolados e metálicos vem da indústria de plástico e revestimento, com o intuito de aumentar a aceitação e popularidade destes produtos. Além disso, os pigmentos de efeito permitem com que artistas e designers consigam criar novos efeitos visuais semelhantes aos encontrados na natureza. Na Fig 1, podemos observar este efeito nas pérolas, pássaros, peixes, insetos, pedras preciosas e minerais.

1. PROPRIEDADES ÓPTICAS

Pigmentos de Efeito Especial: podem ser pérolas brilhantes e pigmentos de interferência, sua qualidade extraordinária é baseada na capacidade óptica de finas camadas de compostos materiais naturais ou sintéticos. A impressão visual é causada pela reflexão e dispersão da luz através destas camadas.

Para entender essa óptica, vamos usar ilustrações com os vários princípios utilizados na indústria cosmética, assim como de tintas e plásticos que irão nos auxiliar no entendimento.

Fig 2: Propriedades ópticas de pigmentos de absorção, de efeito e pérolas naturais

No caso de um pigmento convencional de absorção, a interação com a luz é baseada no princípio absorção e/ou dispersão difusa. Um comportamento completamente diferente pode ser observado nos pigmentos de efeito, incluindo pigmentos perolados e metálicos. Pigmentos de efeito metálico, consistem em plaquetas bem pequenas de metal (Ex: alumínio, titânio, cobre) que agem como um espelho e refletem quase que completamente a luz incidente.

Pigmentos perolados simulam o efeito de uma pérola verdadeira, consistem em alternar camadas transparente com índices de refração (IR) diferentes. Esta diferença nos IRs se formam igualmente nas interfaces. Efeitos de interferência são criados quando a distância de várias camadas ou a espessura destas plaquetas chegam em valores exatos.

O avanço dos pigmentos perolados tomou força com a invenção da mica revestida de óxidos metálicos. Hoje em dia os pigmentos de efeito a base de mica representam mais que 90% do mercado mundial. Estes são usados para obtenção das chamadas pérolas comuns, pigmentos iridescentes (cores do arco-íris), pigmentos metálicos, pigmentos dicromáticos e efeito color travel ( mudança de cor dependendo do ângulo de visão).

2. CATEGORIAS DE PIGMENTOS DE EFEITO ESPECIAL

                2.1.        Pigmentos Perolados Substrate-Free:

Vou citar brevemente os compostos perolados que existem sem os substratos de mica/sílica, etc.

• Pérola Natural:

O primeiro deles é a pérola natural obtida da solução de guanina da escama de peixe. As partículas em suspensão são plaquetas de tamanho 0.05 µm x 1-10 µm x 20-50 µm.  Esses pigmentos possuem um brilho espetacular e não existe no mercado opção sintética com o mesmo efeito de brilho. Porém o custo é altíssimo e não são utilizadas nos dias atuais devido a sua origem animal.

• Oxicloreto de Bismuto:

Oxicloreto de Bismuto é produzido através da hidrólise ácida de soluções de bismuto em presença de cloreto. São plaquetas finas geralmente de 10-15 µm com brilho acetinado, excelente sensorial e comumente utilizado como filler em cosméticos. Devido ao seu intenso brilho é comumente utilizado em esmalte, porém tem baixa fotoestabilidade, sedimenta rapidamente devido à alta densidade.

Este ingrediente já muito conhecido e usado no passado teve sua demanda aumentada no “boom” da maquiagem mineral.

• Pigmentos de Efeito formados pelo revestimento de substratos ( Coating Substrate):

• Substrato Mica com Óxidos Metálicos

Os substratos dos pigmentos de efeito são laminares e devem ter uma superfície plana e ser transparentes. A classe predominante dos pigmentos de efeito são as plaquetas de mica natural revestida por um filme fino e transparente de óxidos metálicos. O substrato de mica funciona como um molde para a síntese e um suporte mecânico para as camadas depositadas de pigmentos perolados. Os minerais de mica são camadas de folhas de silicatos. (Veja Fig 4). O mineral mais comumente utilizado é a Muscovita Transparente.

Embora a Muscovita possa ser encontrada em vários lugares do mundo, poucas jazidas são adequadas para pigmentos. A Mica é biologicamente inerte e aprovada para uso como um filler ou pigmento. A seleção e pré-processo do substrato de mica são um dos fatores chave que irão determinar a qualidade e aparência de um pigmento cintilante. O aspecto do pigmento final irá depender da distribuição do tamanho de partícula das plaquetas de mica, que tem espessura de 300-600 nm e várias faixas de diâmetro ( Ex: 5-25, 10-60, 30-120 µm). O desenvolvimento de pigmentos a base de mica ( Fig. 5) iniciou com as cores peroladas e prateadas (Ex:TiO₂-mica). Em seguida, foi criado: as combinações terrosas e pigmentos coloridos com mica (Ex: mica-TiO₂-óxido de ferro); as cores de interferência onde a cor visual/masstone é igual a cor de interferência ( Ex: TiO₂ com espessura específica-mica); cores dicrômicas onde a cor visual/masstone é diferente da cor de interferência e depende da composição e ângulo de visão.

• Mica revestida com Dióxido de titânio

A mica Muscovita pode ser revestida com o Dióxido de Titânio por diferentes processos.

Os pigmentos são depois secos a 700-900 ^oC. O processo com sulfato é raramente utilizado nos dias de hoje, o subproduto H₂SO₄ levanta questões ambientais. Além disso, ele funciona com micas de tamanho grande mas não cobre perfeitamente as mais finas.

Já o processo com Cloreto é usado para produzir a maior parte das pérolas coloridas. É melhor ao meio ambiente, porém não recobre as micas de tamanho maiores tão bem.

O recobrimento com TiO₂ em um substrato laminar, produz um pigmento perolado branco, semi-transparente e com propriedades ópticas únicas.

Porém também é possível criar as cores de interferência (iridescentes) com o mesmo método. Neste caso a espessura da camada de dióxido de titânio que irá determinar as cores que serão refletidas. Por exemplo: para uma cor branca/prateada a espessura deve ser de 50 nm, já para uma pérola branca com reflexão azul, deve ser de 120 nm. Veja Fig 7 e 8: para entender a progressão da cor dependendo da espessura da camada de TiO₂.

• Mica revestida com Óxidos de Ferro:

O revestimento da mica com Fe₂O₃ produz as cores terrosas como dourado, bronze, cobre e castanho avermelhado. A cor refletida depende da espessura do revestimento com óxido de ferro. O índice de refração é um dos mais altos e as cores obtidas são brilhantes, intensas com uma espessura de Fe₂O₃ ( hematite) de 50-150 nm

Geralmente o processo produtivo é feito com a precipitação do Ferro em uma suspensão aquosa de mica. Após este processo, seco a 700-900 ^oC.

2FeCl₃ + mica + 3 H₂O  →   Fe₂O₃-mica + 6 HCl

O índice de refração dos óxidos metálicos irá influenciar muito o tipo e qualidade do pigmento perolado.

• Substrato Mica Revestida com Combinação de Pigmentos

A partir dos pigmentos perolados citados acima ainda é possível obter novas colorações combinando outros tipos de pigmentos de absorção. Se utilizarmos um pigmento perolado de TiO2-Mica e adicionarmos uma camada adicional de um corante orgânico ou inorgânico, teremos uma nova cor.

Podemos criar cores azuis associando uma camada de Iron Blue (Ferric Ferrocyanide), cores verdes com o Óxido de cromo verde ou Iron Blue + Óxido de ferro e tons rosa com pigmento de origem natural Carmine ou com Red 40. A partir deste conceito, se utilizarmos diferentes tamanhos de partícula, conseguiremos criar uma ampla variedade de tons.

O efeito dicromático também pode ser obtido a partir de uma pérola de interferência. Ex: TiO2-Mica com espessura de Dióxido de Titânio para refletir dourado e acrescentar uma camada de Iron Blue. Sendo assim teremos uma pérola de tom azul, mas que dependendo do ângulo de visão a reflexão será dourada.

O substrato de mica pode ser revestido com uma infinidade de outros materiais para produzir novos pigmentos de efeito.

• Substratos Sintéticos:

Quando utilizamos um substrato sintético, ele não tem as impurezas da natureza, portanto possui uma cor muito mais limpa quando comparado à mica natural (tom levemente amarelado).

Os substratos sintéticos são responsáveis pelos efeitos especiais de última geração que temos hoje disponíveis no mercado. Ex: sílica, fluorflogopita sintética, alumina, borosilicato, alumínio e cristais líquidos poliméricos. Estes possuem os mesmos mecanismos de seus antecessores, porém se caracterizam pelas diferenças inovadoras quando comparados à mica natural:

                – espessura de substrato pode ser controlada e é muito mais uniforme

                – textura macia e suave na pele

                – substrato transparente sem cor que possa interferir no efeito visual

                – melhor força colorística e pureza

                – possibilidade de criar efeito “color travel”

As micas sintéticas promovem um efeito melhor em sistemas de baixa pigmentação. Se incorporarmos em um produto com muita cor/pigmento, teremos apenas opacidade. Além disso, em sistemas líquidos seu efeito é pronunciado, pois a refletância é muito mais visível.

• Sílica/SiO₂:

Se substituirmos o substrato de mica por lâminas de sílica, podemos também obter pigmentos de efeito. Existem algumas vantagens deste substrato quando comparado à mica: a espessura do substrato de SiO₂ pode ser melhor controlado em uma preparação e desta forma é possível desenvolver um sistema óptico de 3 camadas, onde a cor de interferência é mais forte quando comparado à mica natural.

Podemos recobrir um substrato de sílica transparente com Dióxido de Titânio, óxidos de ferro ou outros óxidos metálicos também utilizados com a mica natural.

Conseguimos obter um efeito óptico extraordinário com as sílicas, selecionando e controlando a espessura e a deposição das camadas deste revestimento.

A sílica tem um menor índice de refração (1.46) do que a mica (1.58), portanto  promove uma cor de interferência muito mais intensa que possibilita a criação do efeito “color travel”.`

Cores de efeito “color travel” são uma sub-classe de pigmentos de efeito especial. Estes são caracterizados por alto brilho, fenômenos de cores iridescentes de filmes opticamente finos. Eles podem ser transparentes ou não transparentes, onde camadas adicionais de óxidos metálicos e camadas alternadas de materiais sintéticos são combinadas para refletir, dispersar e refratar a luz. O maior grau de precisão na fabricação destes substratos sintéticos em multicamadas cria um maior grau de reflexão da cor e efeito “color travel”.

As cores destes pigmentos de efeito são extremamente dependentes do ângulo de luz e da localização do observador como demonstrado na Fig. 11.

Podemos demonstrar como o efeito Color Travel é obtido em 3 pigmentos diferentes através do sistema “CIELAB”, variando o ângulo de visão. Veja Fig 12 e 13.

• Lâminas de Borosilicato de Alumínio

O pigmento de efeito especial chamado de borosilicato de alumínio (derivados do vidro) é compostos por: uma lâmina de borosilicato, com uma primeira camada de sílica e por cima uma segunda camada de dióxido de titânio de alto índice de refração. Isso leva a interferência ideal com um excelente brilho.

As micas precisam ser moídas para reduzir seu tamanho de partícula, e processadas para obter os pigmentos perolados, desta forma serão obtidas plaquetas irregulares nas bordas e cantos. Além disso, existem desvios de espessura das partículas individuais e entre elas. Ao compararmos com as plaquetas de borosilicato sintético, estas possuem uma superfície extremamente lisa com espessura uniforme e excelente transparência, podendo ser possível a criação de efeitos ultra metálicos. Veja Fig 14.

Graças à sua estrutura em camadas particular, a luz é refletida em diferentes níveis no pigmento. Sob as circunstâncias corretas, as ondas refletidas podem interferir umas com as outras. Dependendo da estrutura das camadas, pode se criar as cores de interferência extremamente brilhantes, que dá  a estes pigmentos de efeito, seu carácter único.

No quadro abaixo temos um resumo dos diferentes tipos de substratos comentados e tamanhos de partícula disponíveis no mercado.

2. Formulando com Pigmentos de Efeito Especial:

Pigmentos “color travel” podem ser utilizados em concentrações tão baixas quanto 0,10% e até 50% ou mais em formulações cosméticas. Eles são muito versáteis e podem ser usados em muitos meios diferentes, tais como: pó compacto, pó solto, suspensões, emulsões e fórmulas anidras. No caso das suspensões que geralmente são formas mais transparentes, como esmalte ou gel, podem ser usadas pequenas quantidades de pigmentos, tais como 0,10-10,00%.

A legislação FDA para produtos nos EUA estabelece um limite para o tamanho dos pigmentos à base de mica utilizados em cosméticos para área dos olhos. Este limite de tamanho não deve ultrapassar 149 µm.

   Geralmente, os pigmentos de efeito “color travel” terão um desempenho muito melhor em meios líquidos transparentes ou em pós. É preciso ter cuidado com formulações com uma carga demasiadamente elevada de pigmentos opacos, pois irá reduzir os efeitos especiais dos pigmentos de efeito perolado/metálico. Em meios mais opacos ou naquelas aplicações destinadas a criar um efeito mais dramático, a concentração deve ser mais elevada, tais como em pós compactos, estes pigmentos podem ser usados até 50% ou mais. Evite misturar pigmentos de interferência de cores complementares, a intensidade do seu efeito de cor será anulada (por exemplo, vermelho e verde).

   Para pós compactos, os pigmentos a base de mica natural ou sintética mudam a densidade aparente do pó e a compactação é dificultada. Sendo assim, deve-se trabalhar com um equilíbrio de “binder”/aglutinante seco e molhado na formulação. Estes pigmentos podem ser usados em sistemas com aquecimento, assim como o processamento a frio. No entanto, é recomendado evitar a moagem extrema e cisalhamento destes materiais, uma vez que pode diminuir significativamente ou anular o efeito.

   Os pigmentos de efeito especial devem aderir à pele ou cabelo, e proporcionar uma durabilidade da cor. Para potencializar a cor e promover uma cobertura uniforme é importante associar formadores de filme.

A tecnologia dos pigmentos de efeito especial está em constante evolução. Espero que tenham gostado do tema e obrigada pela leitura.

Referências:

1. E, Schwartz Russel. High Performance Pigments 2009.
2. Frank Mazella, “Effect Pigments An Overview: Composition, Optics and Uses” Kobo ProductsInc.
3. Edward Bartholomey, “Color Travel Pigments for Decorative Cosmetics” Polymers Paint Color Journal, December 2014.
4. Stephen R. Sharrock and Norbert Schuel, “New effect pigments based upon SiO2 and Al2O3 flakes” European Coatings Journal, January 2000
5. http://www.cosmeticsandskin.com/cdc/pearl-essence.php
6. https://www.researchgate.net/Light-microscopy-images