ПРЕДИМСТВАТА НА ПОЛИМЕРИТЕ ПРИ ОЦВЕТЯВАНЕТО НА КОСАТА

Robert Y. Lochhead

The University of Southern Mississipi, Hattiesburg, Miss.USA

Полимерите играят отделна роля при оцветяването на косата. Те действат като сгъстители за оксидационните багрила. В тази роля полимерите включват гама от асоциативни сгъстители ( анйонни, катйонни, амфотерни, нейоногенни, и хидрофобни модифицирани алкално набъбващи ) както и хидрофобно модифицирани етоксилирани уретани. Алкилметиконите и аминосиликоните играят роля при запазването на цвета. Не – асоциативните сгъстители помагат при изсветляване на косата.

Тази статия прави обзор на патентите и техническата литература, основно от последните 10 години, за да представи предимствата на полимерите при оцветяването на косата.

Сгъстители за бои за коса

Оксидационните бои за коса са направени от прекурсори / като орто- и пара-фенилендиамини, или орто- и пара- амино феноли/. Прекурсорите са безцветни съединения които могат да проникват в косъма и в присъствие на окисляващ агент стават цветни съединения. Цвета може да бъде изминен чрез включване на “модификатори” като мета-фенилендиамини.

Състава на оксидационните бои обикновенно е сгъстен за да локализира действието на багрилото върху косата и да предотврати състава на боята да изтече по лицето и по очите. Първоначално са били използвани сгъстители като карбомери ¹, хидроксиетилцелулоза, или ПАВ-ове с нисък ХЛБ. Структурата на карбомерите се състои от микрогелове от напречно омрежени поли /акрилна киселина/,  докато хироксиетилцелулозата сгъстява чрез оплитане на относително твърди целулозни макромолекули. Трябва да се каже, че съставите на окислителните бои сгъстени с тези традиционни сгъстители като резултат е мътен цвят върху косъма и като резултат висока концентрация на багрила се изисква за да се получат интензивни цветове.²

Предизвикателствата които могат да бъдат посочени при боите от две части са: предотвратяване на разслояване по време на съхранение; повишаване скоростта на дифузия на прекурсора към косъма; и осигуряване ефективно изплакване на боята след приложение. ³ Casperson  изброява следните условия за сгъстяване на състава на оксидационните бои:⁴

1.Формулацията трябва да бъде стабилна зада осигури разумен срок на годност.

2.Съставите образувани от смесването на лосион и проявител /окислител/ трябва да имат реологични свойства за да позволят на прилагания състав да разпредели багрилата по косата и да се избяга капенето или стичането от косата по време на периода на образуване на цвета.

3.Сместа на боята, когато е приложена към косата трябва да позволи бърза дифузия на прекурсорите от сместа на боята към косъма.

4.Сгъстената смес трябва лесно да се изплаква от косата с вода.

5.Сместа трябва да съдържа кондициониращи агенти, които да оставят косата лесно да се разресва докато е мокра и да се усеща гладка  и да бъде лесно обработвана когато е суха.

6.При лосиона и проявителя за предпочитане е, но не е необходимо да имат подобни вискозитети за да се улесни смесването.

7.Ефекта от боядисването трябва да бъде бърз по време на оцветяването, препоръчително под 30 минути.

Оксидационното боядисване в присъствие на сгъстители е комплексен процес при който е основателно да се приеме, че адсорбцията на сгъстителя и структурата на сгъстителя могат да променят скоростта и механизма на дифузия на прекурсора и навлизането му към косъма. Ето затова е интересно да се разгледа структурата на сгъстителите с тяхното действие в окислителното боядисване. При много модерни оксидационни бои са приложени асоциативни сгъстители. Сега са налични гама от асоциативни сгъстители.^5-7 Примери за 4 различни видове са покзани.

Анйонни асоциативни полимери: Steareth-10 allyl ether/acrylates copolymer е INCI номенклатурата за терполимерите на метакрилатната киселина етил акрилата и стеареф-10 алил етер / като пример Salcare SC80 или SC90 от Ciba Specialty Chemicals/.

Acrylates/Steareth-20 methacrylate copolymer е INCI номенклатурата за метакрилна киселина/етер акрилат/стеарил метакрилат оксиалкилен терполимер /като пример Aculin 22 от Rohm & Haas/.

Acrylates/C10-30 alkyl acrylate crosspolymer са напречно омрежени кополимери на акрилната киселина и C10-30 алкил /мет/ акрилати /като пример Pemulen полимерните емулгатори и избраните Carbopol гуми от Noveon, Coatex полимери от Seppic/.

Maleic anhydride/C30-C38 alpha olefin/alkyl maleate terpolymers /като пример Performa V от New Phase Technologies/ са друг пример.

Polyacrylate-3 е кополимер на метакрилната киселина, метил метакрилата, метилстиренизопропил изоциннамате и ПЕГ-40 бехенат мономери. /Примерите включват анйонни асоциативни полиуретани, Viscophobe DB 1000 от Dow Chemical./

Катйонни асоциативни полимери: Тези включват асоциативните полиуретани, като полиуреи или политиоуреи, получени чрез реакция на избрани амини, диизоцианати и хидрофобни съединения, които са способни да се свързват и да образуват телехелатни крайни групи на полимера.

Polyquaternium-24 е четвъртична амониева сол на хидроксиетилцелулозата реагирала с лаурил диметил амониеви заместени епокиси. ( Като пример е Quatrysoft семейството от Amerchol поделението на Dow Chemical Company).

PG hydroxyethylcellulose coco-dimonium chloride, PG hydroxyethylcellulose lauryldimonium chloride, и PG hydroxyethylcellulose stearyldimonium chloride са четвъртични амониеви соли на хидроксиетилцелулозата. ( Като пример е Crodacel семейството на полимерите от Croda Company).

Амфотирни асоциативни полимери: Един пример е acrylic acid/(meth)acrylamidopropyl-trimethylammonium chloride/stearyl methacrylate terpolymers.

Нейоногенни асоциативни полимери: Cetyl hydroxyethylcellulose е цетилов етер на хидроксиетилцелулозата ( като пример, Natrasol Plus CS модифицирана целулоза от Aqualon).

Hydroxyethyl ethylcellulose е етилен гликолов етер на етилцелулозата ( като пример Bermocoll EHM 100 от Berol Nobel).

Alkyl hydroxypropyl quars са алкил етери на хидрокси пропил гуар./ Примерите включват Esaflor HM 22 ( C22 алкил верига) от Lamberti, и RE 210-18 ( C14 алкил верига) и RE 205-1 ( C20 алкил верига) от Rhone-Poulenc/.

VP/Hexadecene copolymer и VP/Eicosene copolymer са кополимери на N-винил пиролидина с хексадекан и eicosene, съответно. /Като пример, Antaron V216 и Ganex V216 ( vinylpyrrolidone/hexadecane copolymer), и Antaron V220 или Ganex V220 (vinylpyrrolidone/eicosene copolymer) от I.S.P./

PEG-150/stearyl alcohol/SMDI copolymer е кополимер на PEG-150 сатуриран метилен дифенилдиизоцинамате и стеарил алкохол мономери. ( Примерите включват HEUR сгъстители Aculyn 46 и Aculyn 48 от Rohm & Haas).

PPG-14 palmeth-60 hexyl dicarbamate е полипропиленов диестер на карбамидовата киселина,полиетиленов етер на мастните алкохоли получен от Elaeis guineensis (palm) kernel oil. (Като пример е HEUR сгъстител Elfacos T212 от Akzo Nobel)

Polyether-1 e кополимер от PEG-180, Dodoxynol-5, PEG-25 trystyrylphenol и tetramethoxy-methylglycouril мономери. Аминопластния скелет на тези сгъстители предлага повишена стабилност.(Примери за polyether-1 включват Pure Thix 1442, Pure Thix 1450 и Pure Thix HH от Sud-Chemie).

Хидрофобни модифицирани алкални набъбващи асоциативни полимери: Pohl et al има доклади, че acrylates/steareth-20 methacrylate copolymer (Acrysol ICS-1 от Rohm and Haas) е способен да сгъсти разтвор на водороден пероксид и това го прави способен да направи система от две части в която acrylates/steareth-20 methacrylate copolymer, водороден пероксид и багрилата прекурсори в една част се сгъстяват чрез добавяне на втората част състояща се от база като амониев хидроксид.⁸

Обаче анйонните акрилатни сгъстители имат тенденция да образуват комплекси с четвъртични амониеви ПАВ-ове кондиционери в състава.Още формулации сгъстени с прости водни полиакрилати са трудни за изплакване от косата и е трудно да се формулира последователен вискозитет с Acrysol ICS-1.⁴

Ефекта на сурфактант върху ниско срязана реология

Фиг.1. Ефекта на сурфактанта върху HASE сгъстителя. (i) Когато няма присъствие на сурфактанти някои от полимерните хидрофоби са изолирани и не се извършва утаяване в образуваната мрежа. (ii) В близост до CMC, ко-мицелите повишават асоциативната мрежа. (iii) Над СМС ко-мицелите взаимно отблъскват и асоциираната мрежа се разрушава.

Casperson et al докладва, че използването на acrylates/steareth-20 methacrylate copolymers Aculyn 22 и Aculyn 33 ще преодолее тези проблеми. Acrylates/steareth-20 methacrylate copolymers е хидрофобно-модифициран алкално набъбващ (HASE) сгъстител. В този случай има два механични компонента които работят съвместно за да се получи наблюдаваното сгъстяване.

• Първият компонент е полийонен набъбващ, който след като се неутрализира полимера с основа става полиелектролитен; полийоните набъбват като резултат от общото йонно отблъскване на карбоксилатните йони които са ковалентно прикрипени към полимерната верига.
• Вторият мепаничен компонент, набъбващи молекули на сгъстителя са хидрофобно асоциирани да образуват една цялостна мрежеста структура. Хидрофобните асоциати между макромолекулите лесно се разрушават чрез срязване и се превръщат в нова конформация когато се приложи сила на срязване.

Хидрофобните асоциати дават полезни свойства. Като пример ефикасността на молекулярната “мрежа” е получена без еластичното отблъскване което нормално е свързано с напречно омрежените еластомери. Обаче стерик препятствието на полимерните вериги оказва резултат в пропорцията на хидрофобните групи изолирани и неасоциирани във водната среда.

Това води до интересно наблюдение, че добавяне на ПАВ причинява първо едно повишаване на измерения вискозитет, последвано от понижение на вискозитета когато концентрацията на ПАВ превишава критичната концентрация на мицелообразуване. Такова поведение се наблюдава защото ко-мицелообразуването между “изолираните” хидрофобни полимери причиняват повишаване на броя на “напречноомрежените” страни. Обаче когато достатъчно мицели са налични, стехиометрията на ко-мицелообразуването правят най-много само един хидрофобен полимер на мицел и взаимно отблъскване между мицелите причиняващи разрушаване на мрежата.

Ефекта от ПАВ върху вискозитета на HASE сгъстени разтвори със схематично молекулярно обяснение е показано на Фиг.1. Хидрофобните взаимодействия между макромолекулите могат да бъдат разрушени чрез свързаните сурфактант мицели.

Имайки в предвид случаят на хидрофобно модифицирани кополимери на акриламидопропан сулфоновата киселина или сол на метакрилатните естери на етоксилираните или пропоксилираните мастни алкохоли. Когато тези ингредиенти  се свържат водородния пероксид в окислителя използван при окислителните бои с прекурсорно съединение, те претендират да достигнат подобрена стабилност срещу сепарирането /разслояването/ което води до подобряване на боядисването на косата.³ Полимерът в този случай е ammonioum acryloyldimethyltaurates/beheneth-25 methacrylate crosspolymer (Aristoflex HMB от  Clariant Corporation).

Фиг.2. HEUR молекули образуващи мултимолекулярни мицели с хидрофобни ядра (core) и поли /алкоксилати/ корони (corona) които са хидрофилни.

Фиг.3. HEUR молекули образуват мицели които са свързани в мрежи чрез молекули които се разпъват между мицелите.

Хидрофобни модифицирани етоксилирани уретани: Подобрения интензитет на оцветяването от сгъстени оксидационни бои е постигнато ако сгъстителя е амфифилен полиетер уретан (amphiphilic polyether urethane).² Тези сгъстители общо са наречени хидрофобно модифицирани етоксилирани уретани, често съкратени до acronym HEUR.^10-12 В този частичен случай HEUR който е PPG-14 palmeth-60 hexyl dicarbamate (Elfacos T-212 и T-210 от Akzo Nobel).

HEUR сгъстителите са АВА триблокови полимери в които А блоковете са хидрофобни и В блоковете са хидрофилни поли ( алкоксилати).

HEUR са още присъединени/блок кополимери с гребеновидна архитектура. В мицела тези молекули са склонни към “косъм-pin” потвърждаване с хидрофобните краища в мицелното ядро “средното” взаимодействие с водата в мицелната корона (Фиг.2).

Мрежа образувана от някои HEUR молекули които се разтягат помежду и свързват мицелите (Фиг.3).¹³ Гребовидния-тип HEURS показва нисък вискозитет на водния разтвор, но те правят по-добра мрежа и ко-мицелна връзка.^14-16

Системи сгъстени чрез HEURS ясно показват отслабване при срязване когато стрес срязването повишава критичната стойност която съответства на стреса, който е необходим да извлече свързаните молекули от мицелите (Фиг.4).¹⁷ Този модел се подкрепя от факта, че тези системи могат да показват самостоятелно време за разхлабване което съответства на процеса на извличане на хидрофобните групи от мицела.¹⁸

Добавянето дори на ниски концентрации от търговските ПАВ към HEUR-сгъстени системи дава резултат в драматична загуба на вискозитет вследствие на конкуренцията за настаняване в мицелното ядро между ПАВ-ва и HEUR свързаните молекули (Фиг.5).¹³

Аминопластните сгъстители действат чрез подобни реологични механизми като HEUR сгъстителите. Аминопластните реагенти са алдехидо реагиращи продукти на меламините, уреите, бензогуанамините и глюколурилите (Фиг.6).¹⁹

Аминопластните  сгъстители са обучени да предизвикват при изсветляващите²⁰ и боядисващите²¹ формулации да остават локализирани на мястото на приложение върху косата и така те предотвратяват изтичането по лицето. Те претендират, че оставят косата по-малко груба /нискокачествена/ отколкото настоящите използвани сгъстители. Полимерите описани в тази работа включително PEG-180/octoxynol-40/TMMG copolymer, PEG-180/laureth-50/TMMG copolymer и polyether-1 (Pure Thix L, M и HH, съответно от Sud-Chemie).

Фиг.4.Отслабване при срязване което става когато скоростта на срязване надвишава стойността която е необходима да издърпа свързаните молекули между мицелите.

Фиг.5.Сурфактанти предизвикващи драматична загуба на вискозитет в HEUR – сгъстени системи. Това е в следстви на загубата на мрежа като резултат от изместване на “свързани“ молекули чрез комицелообразуване със сурфактант.

Фиг.6. Аминопластни сгъстители.

Задържане на цвета

Веднъж косата боядисана или с директни бои или с оксидационни, цвета трябва да бъде поддържан. Задържането на цвета може да бъде повишено чрез добавяне на силикони по време на процеса на оцветяване.

Дълготрайното задържане на цвета и създаването на обем се подобрява чрез добавяне на алкилметикони  преди, по време или след оцветяване на косата.²² Подходящи алкилметикони са хексилметикон – hexylmethicone (Silacare 41 M10 от Clariant или DC2-1731 от Dow Corning), octylmethicone (Silsost 034 от Crompton & Knowles или DC2-1732 от Dow Corning), caprilylmethicone (Silcare 41 M15 от Clariant) и stearoxytrimethylsilane (Silcare 1 M71 от Clariant). В това изучаване запазването на цвета е оценено чрез тест с половината глава на която цвета  е измерен при корена, средата и края на косъма чрез хромометър.²³

Още едно третиране на косъма с аминосиликон доказва твърдението за по-добро задържане ан цвета от директните бои и оксидационните бои.²⁴ Предпочитани аминосиликони са Belsil ADM 652 и Fluid WR 1300 и микроемулсии като  Finish CT 964 или SLM 28020 от Wacker Silicones. Тези съединения дават водно контактния ъгъл по-голям от 90° върху повърхността на косата измерено чрез Wilhelmy плаков метод използвайки косъмна фибра като плака.

Абсорбцията на силиконите върху косата е доказано, че е твърде слаба за да осигури дълготрайна защита. От друга страна, ковалентните връзки на силикона и косата причиняват разрушаване и отслабване  на фибрата. Обаче, ковалентното прикрепяне на триметилпиридина – trimethylpyridinium “молекулно закачане” към силиконовата верига е доказано, че кара силикона, който е абсорбиран върху косата и е здрав, да поддържа непокътната структурата на косата.^25-26

Изсветляване на косата

Косата може да бъде изсветлена с изрусяващи агенти като хидрохинон или кожик киселина, но хидрохинона е известно, че е цитотоксичен към меланоцитите, а добиването на кожик киселината е скъпо.

Открито е, че изсветляването на косата може да бъде постигнато чрез прилагане на съединения съдържащи флуорисцентни багрила и катйонен полимер и те проявяват това, че тези съединения дават подобрена фиксация на боята върху повърхността на косъма. Катйонния полимер трябва да има плътност на зряда поне 1 meq/g.27 Флуорисцентната боя абсорбира светлината в спектралната дължина на вълната между 360 и 760 nm и я превръща в светлина с по-дълга дължина на вълната която се излъчва във видимата област. Това е различно от оптичното просветляване, което абсорбира само ултравиолетовата светлина ( 200 до 400 nm).

Твърди се още, че изсветляването на косата може да бъде постигнато чрез прилагане на съединения съдържащи флуорисцентни багрила и не-асоциативни сгъстители. Подходящи не-асоциативни сгъстители могат да бъдат открити сред напречно омрежените хомополимери на акрилната киселина, нейоногенните  гуарни смоли, и диметиламиноетил метакрилат хомополимери и кополимери кватернизирани с метил хлорид.

Напречно омрежени хомополимери на акрилната киселина:

• Carbopol 980, 981, 954, 2984 и 5984 от Noveon
• Synthalen M и Synthalen K от 3 VSA
• Crosslinked 2-acrylamido-2-methyl-propanesulphonic acid homopolymers и техните частично или напълно неутрализирани acrylamide crosslinked copolymers
• Ammonium acrylate homopolymers или copolymers на ammonium acrylate и на

Нейоногенни гуар смоли:

• Vidodum GH от Unipectine
• Jaguar C, Jaguar HP и Jaguar DC серията от Meyhall
• Galactasol 4H4FD2 от Aqualon
• Biopolysaccharide gums на микробиален произход, като scleroglucan gum или xanthan gum
• Смоли получени от растителни продукти като gum Arabic, ghatti gum, karaya gum и gum tragacanth
• Hydroxypropyl или carboxymethyl celluloses
• Пектини
• Алгинати

Диметиламиноетил метакрилат хомополимери и кополимери кватернизирани с метил хлорид:

• Microsap PAS 5193, Bozepol C Nouveau или PAS 5193 и PAS 5194 от Hoechst
• Salcare 95, 96 и SC92 от

Заключение

Боядисването на косата е вторият по големина пазар в грижата за косата и можем да очакваме да видим забележителни предимства в този сегмент по време на идващите години. Полимерите са важни ингредиенти в продуктите за оцветяване на косата.

В първоначалния етап, сгъстителите са лесно приложими върху косата, спомагайки дифузията на багрилата прекурсори и предотвратявайки високо алкалните компоненти да попаднат в очите. Прецизният механизъм на асоциативните сгъстители все още изисква изследвания за да се получи фундаментално разбиране за тяхната роля при оптимизиране на действието им.

Полимерите още се използват за да поддържат цвета на косата и за да облекчат разрушаването на косата причинено от процеса на оцветяване. Има нужда от задълбочено разбиране на механизма включен в защитата на цвета и минимизиране на разрушаването на косата. Предимствата на въртящия звуков пулсиращ градиент NMR и флуорисцентната микроскопия могат да ни позволят да проследим дифузията на молекулярните компоненти във формулацията и в косата. Предимствата на атомната микроскопия може да ни позволи да видим ефектите на молекулно ниво върху повърхността на косата.

РАЗЛИКАТА МЕЖДУ АСОЦИАТИВНИ И НЕАСОЦИАТИВНИ СГЪСТИТЕЛИ

“Асоциацията” при асоциативните сгъстители е всъщност хидрофобно взаимодействие. Най-простият механизъм на не-асоциативното сгъстяване е илюстриран чрез полимери като хидроксиетилцелулоза и това зависи от просто уплитане на големите молекули за да се осигури сгъстяване. За този тип сгъстяване обикновенно границата на концентрацията на полимера е 0,5 % до 3 %. Когато сгъстените разтвори се подложат на срязване те показват “отблъскване” вследствие на спокойното разплитане на молекулите до тяхната форма разтвор.

Добавянето на нисък процент на хидрофобни групи (типични додецил, цетил или нонилфенил) към хидроксиетилцелулоза води до получаване на асоциативни сгъстители, хидрофобно-модифицирана хидроксиетилцелулоза. Хидрофобните групи са “молекулно лепкави” във воден разтвор и това ги прави способни разтворения полимер да образува мрежи при концентрации под нормалната концентрация на уплитане /обикновенно наречена сритична концентрация на съединяване, с* /. Хидрофобните асоциати се разрушават при срязване и след това образуват нова тяхна форма “ново място” когато силата на срязване спре. Този механизъм  облекчава “отблъскването” и дава желаната реология на сгъстената система.

Вторият тип не-асоциативни сгъстители е получен чрез полиелектролити като карбомери или други алкално набъбващи сгъстители които действат р границата 0,1 % до около 1 %. При тези продукти, сгъстяващият механизъм разчита на отблъскването между набъбналите напречно омрежени полиелектролитни микрогелове. Включването на хидрофобни групи в тези молекули ги подрежда към асоциативните сгъстители. Добавянето на тези хидрофоби причинява на полиелектролитните молекули да “се залепят заедно” във  водната среда и да дават повишаване на сгъстяването.

Третият механизъм на асоциативното сгъстяване включва хидрофобни асоциати на относително малки полимерни молекули в големи мицели които са свързани в мрежа чрез случайни полимерни молекули разтягайки се между мицелите. Това е механизъм на хидрофобно-модифицирании етоксилиран уретани (HEUR сгъстители).

Изтеглете статията в .pdf формат