Εισαγωγή
Τα σπρέι προστασίας από τη θερμότητα χρησιμοποιούνται ευρέως για την προστασία των μαλλιών από τις βλαβερές επιδράσεις των υψηλών θερμοκρασιών που παράγονται από εργαλεία styling, όπως τα σίδερα και τα σίδερα μπούκλας, τα οποία μπορούν να φτάσουν τους 220°C ή 230°C. Ενώ αυτά τα σπρέι δημιουργούν ένα προστατευτικό φράγμα για να μειώσουν την προκαλούμενη από τη θερμότητα αποικοδόμηση της κερατίνης και την απώλεια υγρασίας, μελέτες υποδεικνύουν ότι υπό τόσο ακραία θερμότητα, η εξάτμιση ή η θερμική αποικοδόμηση ορισμένων συστατικών σε αυτά τα σπρέι μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση δυνητικά επιβλαβών αερίων όπως οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC). Ορισμένα σπρέι που περιέχουν πολυμερή και σιλικόνη ενδέχεται να υποστούν δομική διάσπαση, εκπέμποντας small ποσότητες προϊόντων θερμικής αποσύνθεσης που ενδέχεται να θέσουν σε κίνδυνο την υγεία τόσο των μεμονωμένων χρηστών όσο και των κομμωτών.
Ανεξάρτητα από το αποτέλεσμα του styling, μια σειρά από διαφορετικά εμπορικά προϊόντα δοκιμάστηκαν για τις εκπομπές αερίων τους σε μέγιστες θερμοκρασίες εφαρμογής 220°C. Η εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία απώλεια μάζας προσδιορίστηκε με όργανο της σειράς STA Jupiter®. Τα εκλυόμενα αέρια αναλύθηκαν από ένα σύστημα GC-MS συνδεδεμένο με το STA.
Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν ως παραδείγματα δύο σπρέι που περιέχουν πυρίτιο και δύο σπρέι με βάση πολυμερή.
Προετοιμασία δείγματος και συνθήκες μέτρησης
Οι ψεκαστήρες ανακινήθηκαν με το χέρι και τα γαλακτώματα διοχετεύθηκαν με σιφώνιο στο χωνευτήρι. Οι ενώσεις που αναπτύχθηκαν συλλέχθηκαν στην κρυοπαγίδα GC στους -50°C και διαχωρίστηκαν και ταυτοποιήθηκαν μετά την εκτέλεση της TGA. Οι παράμετροι μέτρησης TGA περιγράφονται αναλυτικά στον πίνακα 1 και οι παράμετροι GC-MS στον πίνακα 2.
Πίνακας 1: Παράμετροι μέτρησης TGA
| Δείγμα | 1 (με βάση το πολυμερές) | 2 (με βάση το πολυμερές) | 3 (που περιέχει πυρίτιο) | 4 (που περιέχει πυρίτιο) |
| Μάζα δείγματος | 22.9 mg | 27.0 mg | 34.5 mg | 19.7 mg |
| Χωνευτήρι | Χωνευτήρι Al2O3 (200 μl), ανοικτό | |||
| Φορέας δείγματος | Καρφίτσα TGA, τύπου S + ολισθαίνουσα πλάκα | |||
| Φούρνος | SiC | |||
| Πρόγραμμα θερμοκρασίας | RT-220°C, ισόθερμη 30 λεπτών | |||
| Ρυθμός θέρμανσης | 10 K/min | |||
| Ατμόσφαιρα αερίου | Άζωτο | |||
| Ροή αερίου (συνολικά) | 70 ml/min | |||
Πίνακας 2: GC-MS Παράμετρος
| Λειτουργία κρυοπαγίδας | |
| Στήλη | Agilent HP-5ms |
| Μήκος στήλης | 30 m |
| Διάμετρος στήλης | 0.25 μm |
| Θερμοκρασία κρυοπαγίδας | -50°C, 50 λεπτά |
| Θερμοκρασία στήλης | 45°C, 52 min ισοθερμία, 45°C - 300°C, 10 K/min |
| Αέριο | He |
| Ροή αερίου (διαχωρισμός) | 20 ml/min (10:1) |
| Βαλβίδα | Κάθε 30 δευτερόλεπτα |
Αποτελέσματα και συζήτηση
Κάθε ένα από τα τέσσερα δείγματα παρουσιάζει ένα πολύ διαφορετικό θερμογράφημα (σχήμα 1). Τα δείγματα 1 και 4 παρουσιάζουν άμεση απώλεια μάζας ήδη από τη θερμοκρασία δωματίου, γεγονός που υποδηλώνει την απελευθέρωση ιδιαίτερα πτητικών διαλυτών, όπως οι αλκοόλες, εκτός από την εξάτμιση της υδατικής βάσης. Για τα δείγματα 1, 3 και 4, η απώλεια μάζας ολοκληρώθηκε στους 140°C περίπου. Μόνο το δείγμα 2 παρουσίασε τρία ξεχωριστά στάδια απώλειας μάζας μέχρι τη θερμοκρασία της ισόθερμης των 220°C. Μπορεί να υποτεθεί ότι στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιήθηκε μεγαλύτερη ποσότητα ουσιών υψηλού βρασμού. Συνολικά, και τα τέσσερα δείγματα απελευθέρωσαν περισσότερο από το 90% της αρχικής τους μάζας κατά τη διάρκεια της θερμικής επεξεργασίας.
Η αξιολόγηση των δεδομένων που ελήφθησαν GC-MS απεικονίζεται από τα δείγματα 2 και 4, τα οποία αντιπροσωπεύουν ένα σπρέι θερμικής προστασίας με βάση πολυμερές και ένα σπρέι θερμικής προστασίας που περιέχει σιλικόνη, αντίστοιχα. Στο Σχήμα 2 παρουσιάζεται το προκύπτον συνολικό ρεύμα ιόντων (TIC) του δείγματος 2 μετά τη θέρμανση της κρυοπαγίδας στο τέλος της εκτέλεσης TGA. Επιτεύχθηκε διαχωρισμός πολλαπλών κορυφών και η ταυτοποίηση των ενώσεων που προέκυψαν πραγματοποιήθηκε με σύγκριση με τη βιβλιοθήκη MS του NIST.
Οι ενώσεις με την υψηλότερη ποιότητα επιτυχίας παρουσιάζονται στον πίνακα 3. Όπως ορίζεται στον κατάλογο συστατικών, δεν εντοπίστηκε καμία ένωση σιλικόνης. Κυρίως κάποιες ενώσεις καρβοξυλικών εστέρων απελευθερώθηκαν μέχρι τους 220°C.
Συγκριτικά, το δείγμα 4 απελευθέρωσε εντελώς διαφορετικές ενώσεις κατά την ίδια θερμοκρασιακή επεξεργασία. Στο σχήμα 3 απεικονίζεται το προκύπτον συνολικό ρεύμα ιόντων.
Πίνακας 3: Αναφορά αναζήτησης στη βιβλιοθήκη για το δείγμα 2
| RT | Βαθµολογία | Όνομα |
|---|---|---|
| 55.03 | 85.72 | Νερό |
| 58.55 | 97.07 | Παντολακτόνη |
| 60.18 | 97.87 | Δωδεκάνη |
| 65.30 | 95.57 | Μυριστικό ισοπροπυλο |
| 65.52 | 90.17 | Λαυρικό ισοαμύλιο |
| 65.86 | 90.40 | Διμεθυλοπαλμιταμίνη |
| 66.01 | 95.00 | Εξαδεκανοϊκό οξύ, μεθυλεστέρας |
| 66.68 | 93.48 | Παλμιτικό ισοπροπυλο |
| 67.13 | 88.95 | 9-οκταδεκνοϊκό οξύ (Z)-, μεθυλεστέρας |
Στον πίνακα 4 παρατίθεται κατάλογος των ενώσεων που εντοπίστηκαν. Εδώ, απελευθερώθηκαν κυρίως αλκάνια και ενώσεις σιλοξάνης, οι οποίες ταιριάζουν επίσης με τον κατάλογο των συστατικών. Καθώς τα φάσματα μάζας των διαφόρων σιλοξανών είναι πολύ παρόμοια, υπάρχει πιθανότητα να συμβαίνει και η απελευθέρωση ελαφρώς διαφορετικών παραγώγων.
Πίνακας 4: Αναφορά αναζήτησης στη βιβλιοθήκη για το δείγμα 4
| RT | Βαθµολογία | Όνομα |
|---|---|---|
| 54.37 | 95.03 | Δισιλοξάνιο, εξαμεθυλο- |
| 55.80 | 95.80 | Κυκλοτρισιλοξάνιο, εξαµεθυλο- |
| 58.14 | 96.25 | Επτάνιο, 2,2,4,6,6-πενταμεθυλο- |
| 58.51 | 92.45 | 2,2,4,4-τετραμεθυλοκτάνιο |
| 58.65 | 91.98 | Δεκάνιο, 2,5,9-τριμεθυλο- |
| 58.79 | 94.70 | 2- Προπενικό οξύ, 3-(4-μεθοξυφαινυλο)-, 2-αιθυλεξυλικός εστέρας |
| 58.82 | 87.45 | Επτάνιο, 5-αιθυλο-2,2,3-τριμεθυλο- |
| 62.06 | 94.12 | Επτασιλοξάνιο, εξακαμεθυλο- |
| 63.42 | 87.80 | Επτασιλοξάνιο, εξαδακαμεθυλο- |
| 64.64 | 79.22 | Επτασιλοξάνιο, εξαδακαμεθυλο- |
| 65.75 | 75.79 | Επτασιλοξάνιο, εξαδακαμεθυλο- |
| 66.75 | 76.94 | Επτασιλοξάνιο, εξαδακαμεθυλο- |
| 67.68 | 76.14 | Επτασιλοξάνιο, εξαδακαμεθυλο- |
| 66.46 | 93.86 | 2-προπενικό οξύ, 3-(4-μεθοξυφαινυλ)-, 2-αιθυλεξυλικός εστέρας |
| 69.52 | 75.70 | Επτασιλοξάνιο, εξακαμεθυλο- |
| 69.23 | 78.01 | Επτασιλοξάνιο, εξαδακαμεθυλο- |
Συμπέρασμα
Η σύζευξη των STA και GC-MS επιτρέπει την προσομοίωση της εφαρμογής των σπρέι μαλλιών προστασίας από τη θερμότητα στη μέγιστη θερμοκρασία εφαρμογής τους. Η τεχνική της αέριας χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας (GC-MS) έχει αποδειχθεί ότι διευκολύνει την ταυτοποίηση της σύνθεσης των πρωτογενών αερίων που αναπτύσσονται. Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της παρουσίας ενώσεων πυριτίου σε ένα δεδομένο προϊόν. Οι πληροφορίες αυτές μπορούν να βοηθήσουν στη βελτιστοποίηση των καλλυντικών προϊόντων όσον αφορά την περιβαλλοντική τους συμβατότητα, τη βιοδιασπασιμότητα και τους κινδύνους για την υγεία των κομμωτών και των μεμονωμένων πελατών.