Въведение
Спрейовете за топлинна защита се използват широко за предпазване на косата от вредното въздействие на високите температури, генерирани от инструменти за оформяне на прически, като преси за коса и преси за къдрене, които могат да достигнат до 220°C или 230°C. Въпреки че тези спрейове създават защитна бариера, за да намалят предизвиканото от топлината разграждане на кератина и загубата на влага, проучванията показват, че при такава екстремна топлина изпаряването или термичното разграждане на някои съставки в тези спрейове може да доведе до отделяне на потенциално вредни газове като ЛОС (летливи органични съединения). Някои спрейове на полимерна основа и съдържащи силикон могат да претърпят структурно разграждане, отделяйки small количества продукти на термично разграждане, които могат да представляват риск за здравето както за отделните потребители, така и за фризьорите.
Независимо от резултата от стилизирането, редица различни търговски продукти бяха тествани за техните газови емисии при максимална температура на нанасяне от 220°C. Загубата на маса в зависимост от температурата беше определена с уред от серията STA Jupiter®. Изпусканите газове бяха анализирани с помощта на система GC-MS, свързана с уреда STA.
В това изследване като примери бяха използвани два спрея, съдържащи силиций, и два спрея на полимерна основа.
Подготовка на пробите и условия за измерване
Спрейовете се разклащат с ръка и емулсиите се изпипват в тигела. Еволюиралите съединения бяха събрани в криокапана на ГК при -50°C и бяха отделени и идентифицирани след провеждането на TGA. Параметрите на TGA измерването са описани подробно в таблица 1, а параметрите на GC-MS - в таблица 2.
Таблица 1: Параметри на измерване на TGA
| Образец | 1 (на полимерна основа) | 2 (на полимерна основа) | 3 (съдържащ силиций) | 4 (съдържащ силиций) |
| Маса на образеца | 22.9 mg | 27.0 mg | 34.5 mg | 19.7 mg |
| Тигел | Тигел от Al2O3 (200 μl), отворен | |||
| Носител на пробата | Щифт TGA, тип S + приплъзваща се плоча | |||
| Пещ | SiC | |||
| Температурна програма | RT-220°C, 30 мин. изотерма | |||
| Скорост на нагряване | 10 K/min | |||
| Газова атмосфера | Азот | |||
| Газов поток (общ) | 70 ml/min | |||
Таблица 2: GC-MS Параметър
| Режим на криокапан | |
| Колона | Agilent HP-5ms |
| Дължина на колоната | 30 m |
| Диаметър на колоната | 0.25 μm |
| Температура на криокапана | -50°C, 50 мин |
| Температура на колоната | 45°C, 52 min Изотерма, 45°C - 300°C, 10 K/min |
| Газ | He |
| Газов поток (разделен) | 20 ml/min (10:1) |
| Вентил | На всеки 30 секунди |
Резултати и обсъждане
Всяка от четирите проби показва много различна термограма (фигура 1). Образци 1 и 4 показват незабавна загуба на маса още при стайна температура, което предполага отделяне на силно летливи разтворители като алкохоли в допълнение към изпаряването на водната основа. При образци 1, 3 и 4 загубата на маса е пълна при приблизително 140 °C. Само при образец 2 се наблюдават три отделни стъпки на загуба на маса до температурата на изотермата от 220°C. Може да се предположи, че в този случай е използвано по-голямо количество висококипящи вещества. Като цяло и четирите образеца са освободили над 90 % от първоначалната си маса по време на термичната обработка.
Оценката на получените данни GC-MS е илюстрирана с образци 2 и 4, които представляват съответно спрей за топлинна защита на полимерна основа и спрей за топлинна защита, съдържащ силикон. На фигура 2 е показан полученият общ йонен ток (TIC) на проба 2 след нагряване на криокапана в края на TGA процедурата. Постигнато е разделяне на множество пикове и идентификацията на получените съединения е извършена чрез сравнение с MS библиотеката на NIST.
Съединенията с най-високо качество на попаденията са показани в таблица 3. Както е посочено в списъка на съставките, не е идентифицирано силиконово съединение. До 220°C се отделят главно някои съединения на карбоксилни естери.
За сравнение, проба 4 е освободила напълно различни съединения при същата температурна обработка. На фигура 3 е представен полученият общ йонен ток.
Таблица 3: Отчет за търсенето в библиотеката за образец 2
| RT | Резултат | Име |
|---|---|---|
| 55.03 | 85.72 | Вода |
| 58.55 | 97.07 | Пантолактон |
| 60.18 | 97.87 | Додекан |
| 65.30 | 95.57 | Изопропил миристат |
| 65.52 | 90.17 | Изоамил лаурат |
| 65.86 | 90.40 | Диметил палмитамин |
| 66.01 | 95.00 | Хексадеканова киселина, метилов естер |
| 66.68 | 93.48 | Изопропил палмитат |
| 67.13 | 88.95 | 9-октадеценова киселина (Z)-, метилов естер |
В таблица 4 е представен списък на идентифицираните съединения. Тук са отделени предимно алкани и силоксанови съединения, които също съответстват на списъка на съставките. Тъй като масовите спектри на различните силоксани са много сходни, има вероятност да се наблюдава и освобождаване на малко по-различни производни.
Таблица 4: Отчет за търсенето в библиотеката за образец 4
| RT | Резултат | Име |
|---|---|---|
| 54.37 | 95.03 | Дисилоксан, хексаметил- |
| 55.80 | 95.80 | Циклотрисилоксан, хексаметил- |
| 58.14 | 96.25 | Хептан, 2,2,4,6,6-пентаметил- |
| 58.51 | 92.45 | 2,2,4,4-тетраметилоктан |
| 58.65 | 91.98 | Декан, 2,5,9-триметил- |
| 58.79 | 94.70 | 2 - Пропенова киселина, 3-(4-метоксифенил)-, 2-етилхексилов естер |
| 58.82 | 87.45 | Хептан, 5-етил-2,2,3-триметил- |
| 62.06 | 94.12 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
| 63.42 | 87.80 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
| 64.64 | 79.22 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
| 65.75 | 75.79 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
| 66.75 | 76.94 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
| 67.68 | 76.14 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
| 66.46 | 93.86 | 2-пропенова киселина, 3-(4-метоксифенил)-, 2-етилхексилов естер |
| 69.52 | 75.70 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
| 69.23 | 78.01 | Хептасилоксан, хексадекаметил- |
Заключение
Свързването на STA и GC-MS позволява симулиране на прилагането на термозащитни спрейове за коса до максималната им температура на нанасяне. Доказано е, че техниката на газовата хроматография-масспектрометрия (GC-MS) улеснява идентифицирането на състава на отделяните първични газове. Освен това тя може да се използва за определяне на наличието на силициеви съединения в даден продукт. Тази информация може да подпомогне оптимизирането на козметичните продукти по отношение на тяхната екологична съвместимост, биоразградимост и рискове за здравето на фризьорите и отделните клиенти.