Úvod
Spreje na ochranu před teplem se hojně používají k ochraně vlasů před škodlivými účinky vysokých teplot, které vytvářejí stylingové nástroje, jako jsou žehličky na vlasy a kulmy, které mohou dosahovat až 220 °C nebo 230 °C. Tyto spreje sice vytvářejí ochrannou bariéru, která snižuje teplem způsobenou degradaci keratinu a ztrátu vlhkosti, ale studie naznačují, že při tak extrémním žáru může odpařování nebo tepelná degradace některých složek těchto sprejů vést k uvolňování potenciálně škodlivých plynů, jako jsou těkavé organické sloučeniny (VOC). U některých sprejů na bázi polymerů a sprejů obsahujících silikon může dojít ke strukturálnímu rozkladu a uvolnění small množství produktů tepelného rozkladu, které mohou představovat zdravotní riziko jak pro jednotlivé uživatele, tak pro kadeřníky.
Bez ohledu na výsledek stylingu byla řada různých komerčních výrobků testována na emise plynů při maximální teplotě aplikace 220 °C. Hmotnostní ztráty v závislosti na teplotě byly stanoveny pomocí přístroje řady STA Jupiter®. Uvolněné plyny byly analyzovány systémem GC-MS připojeným k přístroji STA.
V této studii byly jako příklady použity dva spreje obsahující křemík a dva spreje na bázi polymerů.
Příprava vzorku a podmínky měření
Spreje se ručně protřepaly a emulze se pipetovaly do kelímku. Vyvolané sloučeniny byly shromážděny v GC kryolapě při -50 °C a po provedení TGA byly separovány a identifikovány. Parametry měření TGA jsou podrobně uvedeny v tabulce 1 a parametry GC-MS v tabulce 2.
Tabulka 1: Parametry měření TGA
| Vzorek | 1 (na bázi polymeru) | 2 (na bázi polymeru) | 3 (obsahující křemík) | 4 (obsahující křemík) |
| Hmotnost vzorku | 22.9 mg | 27.0 mg | 34.5 mg | 19.7 mg |
| Kelímek | Al2O3 kelímek (200 μl), otevřený | |||
| Nosič vzorku | TGA kolík, typ S + násuvná deska | |||
| Pec | SiC | |||
| Teplotní program | RT-220 °C, 30minutová izoterma | |||
| Rychlost zahřívání | 10 K/min | |||
| Plynová atmosféra | Dusík | |||
| Průtok plynu (celkem) | 70 ml/min | |||
Tabulka 2: GC-MS Parametr
| Režim kryo pastí | |
| Sloupec | Agilent HP-5ms |
| Délka kolony | 30 m |
| Průměr kolony | 0.25 μm |
| Teplota kryo pastí | -50 °C, 50 min |
| Teplota kolony | 45°C, 52 min izoterma 45°C - 300°C, 10 K/min |
| Plyn | He |
| Průtok plynu (rozdělení) | 20 ml/min (10:1) |
| Ventil | Každých 30 sekund |
Výsledky a diskuse
Každý ze čtyř vzorků vykazuje velmi odlišný termogram (obr. 1). Vzorky 1 a 4 vykazují okamžitý úbytek hmotnosti již od pokojové teploty, což naznačuje, že se kromě odpařování vodného základu uvolňují i vysoce těkavá rozpouštědla, jako jsou alkoholy. U vzorků 1, 3 a 4 byl úbytek hmotnosti dokončen přibližně při 140 °C. Pouze vzorek 2 vykazoval tři samostatné kroky úbytku hmotnosti až do izotermické teploty 220 °C. Lze předpokládat, že v tomto případě bylo použito větší množství vysokovroucích látek. Celkem se u všech čtyř vzorků uvolnilo během tepelného zpracování více než 90 % jejich původní hmotnosti.
Vyhodnocení získaných údajů GC-MS ilustrují vzorky 2 a 4, které představují sprej na bázi polymeru, resp. sprej s obsahem silikonu pro tepelnou ochranu. Na obrázku 2 je zobrazen výsledný celkový iontový proud (TIC) vzorku 2 po zahřátí kryofonu na konci TGA cyklu. Bylo dosaženo separace více píků a identifikace výsledných sloučenin byla provedena porovnáním s knihovnou NIST MS.
Sloučeniny s nejvyšší kvalitou shody jsou uvedeny v tabulce 3. Jak je uvedeno v seznamu složek, nebyla identifikována žádná sloučenina silikonu. Do teploty 220 °C se uvolňovaly hlavně některé sloučeniny karboxylových esterů.
Pro srovnání, vzorek 4 uvolnil při stejném teplotním zpracování zcela jiné sloučeniny. Na obrázku 3 je znázorněn výsledný celkový iontový proud.
Tabulka 3: Zpráva o vyhledávání v knihovně pro vzorek 2
| RT | Skóre | Název |
|---|---|---|
| 55.03 | 85.72 | Voda |
| 58.55 | 97.07 | Pantolakton |
| 60.18 | 97.87 | Dodekan |
| 65.30 | 95.57 | Izopropylmyristát |
| 65.52 | 90.17 | Izoamyllaurát |
| 65.86 | 90.40 | Dimethylpalmitamin |
| 66.01 | 95.00 | Kyselina hexadekanová, metylester |
| 66.68 | 93.48 | Izopropylpalmitát |
| 67.13 | 88.95 | 9-Oktadecenová kyselina (Z)-, metylester |
V tabulce 4 je uveden seznam identifikovaných sloučenin. Zde se uvolňovaly především alkany a siloxanové sloučeniny, které rovněž odpovídají seznamu složek. Vzhledem k tomu, že hmotnostní spektra různých siloxanů jsou velmi podobná, existuje možnost, že dochází i k uvolňování mírně odlišných derivátů.
Tabulka 4: Zpráva o vyhledávání v knihovně pro vzorek 4
| RT | Skóre | Název |
|---|---|---|
| 54.37 | 95.03 | Disiloxan, hexamethyl- |
| 55.80 | 95.80 | Cyklotrisiloxan, hexamethyl- |
| 58.14 | 96.25 | Heptan, 2,2,4,6,6-pentamethyl- |
| 58.51 | 92.45 | 2,2,4,4-Tetramethyloktan |
| 58.65 | 91.98 | Dekan, 2,5,9-trimethyl- |
| 58.79 | 94.70 | 2- Kyselina propenová, 3-(4-methoxyfenyl)-, 2-ethylhexylester |
| 58.82 | 87.45 | Heptan, 5-ethyl-2,2,3-trimethyl- |
| 62.06 | 94.12 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
| 63.42 | 87.80 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
| 64.64 | 79.22 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
| 65.75 | 75.79 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
| 66.75 | 76.94 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
| 67.68 | 76.14 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
| 66.46 | 93.86 | kyselina 2-propenová, 3-(4-methoxyfenyl)-, 2-ethylhexylester |
| 69.52 | 75.70 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
| 69.23 | 78.01 | Heptasiloxan, hexadekamethyl- |
Závěr
Propojení STA a GC-MS umožňuje simulovat aplikaci laků na vlasy s tepelnou ochranou až do jejich maximální aplikační teploty. Ukázalo se, že technika plynové chromatografie a hmotnostní spektrometrie (GC-MS) usnadňuje identifikaci složení primárních uvolňovaných plynů. Kromě toho ji lze využít ke stanovení přítomnosti sloučenin křemíku v daném výrobku. Tyto informace mohou pomoci při optimalizaci kosmetických výrobků s ohledem na jejich slučitelnost s životním prostředím, biologickou rozložitelnost a zdravotní rizika pro kadeřníky a jednotlivé zákazníky.