Introduzione
Gli spray termoprotettivi sono ampiamente utilizzati per salvaguardare i capelli dagli effetti dannosi delle alte temperature generate da strumenti per lo styling come ferri da stiro e arricciacapelli, che possono raggiungere i 220°C o i 230°C. Sebbene questi spray creino una barriera protettiva per ridurre la degradazione della cheratina indotta dal calore e la perdita di idratazione, alcuni studi suggeriscono che, in condizioni di calore così estremo, l'evaporazione o la degradazione termica di alcuni ingredienti di questi spray può provocare il rilascio di gas potenzialmente dannosi come i VOC (composti organici volatili). Alcuni spray a base di polimeri e contenenti silicone possono subire una rottura strutturale, emettendo small quantità di prodotti di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione termica che possono rappresentare un rischio per la salute sia per i singoli utenti che per i parrucchieri.
Indipendentemente dal risultato dello styling, sono stati testati diversi prodotti commerciali per verificarne le emissioni gassose a temperature massime di applicazione di 220°C. La perdita di massa in funzione della temperatura è stata determinata con uno strumento della serie STA Jupiter®. I gas rilasciati sono stati analizzati da un sistema GC-MS accoppiato allo STA.
In questo studio sono stati utilizzati come esempio due spray contenenti silicio e due a base di polimeri.
Preparazione del campione e condizioni di misura
Gli spray sono stati agitati manualmente e le emulsioni sono state pipettate nel crogiolo. I composti evoluti sono stati raccolti nella criotrappola GC a -50°C e separati e identificati dopo la corsa TGA. I parametri di misura della TGA sono riportati nella tabella 1 e i parametri di GC-MS nella tabella 2.
Tabella 1: Parametri di misurazione TGA
| Campione | 1 (a base di polimeri) | 2 (a base di polimeri) | 3 (contenente silicio) | 4 (contenente silicio) |
| Massa del campione | 22.9 mg | 27.0 mg | 34.5 mg | 19.7 mg |
| Crogiolo | Crogiolo in Al2O3 (200 μl), aperto | |||
| Portacampioni | Pin TGA, tipo S + piastra slip-on | |||
| Forno | SiC | |||
| Programma di temperatura | RT-220°C, isoterma di 30 minuti | |||
| Velocità di riscaldamento | 10 K/min | |||
| Atmosfera di gas | Azoto | |||
| Flusso di gas (totale) | 70 ml/min | |||
Tabella 2: GC-MS Parametro
| Modalità criotrappola | |
| Colonna | Agilent HP-5ms |
| Lunghezza della colonna | 30 m |
| Diametro della colonna | 0.25 μm |
| Temperatura della criotrappola | -50°C, 50 min |
| Temperatura della colonna | 45°C, 52 min Isoterma, 45°C - 300°C, 10 K/min |
| Gas | Gas |
| Flusso di gas (split) | 20 ml/min (10:1) |
| Valvola | Ogni 30 secondi |
Risultati e discussione
Ciascuno dei quattro campioni mostra un termogramma molto diverso (figura 1). I campioni 1 e 4 mostrano un'immediata perdita di massa già a partire dalla temperatura ambiente, suggerendo il rilascio di solventi altamente volatili come gli alcoli, oltre all'evaporazione della base acquosa. Per i campioni 1, 3 e 4, la perdita di massa è stata completa a circa 140°C. Solo il campione 2 ha mostrato tre fasi separate di perdita di massa fino alla temperatura dell'isoterma di 220°C. Si può ipotizzare che in questo caso sia stata utilizzata una maggiore quantità di sostanze altobollenti. In totale, tutti e quattro i campioni hanno rilasciato più del 90% della loro massa iniziale durante il trattamento termico.
La valutazione dei dati ottenuti su GC-MS è illustrata dai campioni 2 e 4, che rappresentano rispettivamente uno spray di protezione termica a base di polimeri e uno contenente silicone. La Figura 2 mostra la corrente ionica totale (TIC) risultante del campione 2 dopo il riscaldamento della criotrappola alla fine della corsa TGA. È stata ottenuta la separazione di più picchi e l'identificazione dei composti risultanti è stata effettuata mediante confronto con la libreria MS del NIST.
I composti con la più alta qualità di risposta positiva sono riportati nella tabella 3. Come specificato nell'elenco degli ingredienti, non è stato identificato alcun composto di silicone. Sono stati rilasciati soprattutto alcuni composti di esteri carbossilici fino a 220°C.
In confronto, il campione 4 ha rilasciato composti completamente diversi durante lo stesso trattamento di temperatura. La Figura 3 mostra la corrente ionica totale risultante.
Tabella 3: Rapporto di ricerca in biblioteca per il campione 2
| RT | Punteggio | Nome |
|---|---|---|
| 55.03 | 85.72 | Acqua |
| 58.55 | 97.07 | Pantolattone |
| 60.18 | 97.87 | Dodecano |
| 65.30 | 95.57 | Isopropile miristato |
| 65.52 | 90.17 | Isoamil laurato |
| 65.86 | 90.40 | Dimetilpalmitamina |
| 66.01 | 95.00 | Acido esadecanoico, estere metilico |
| 66.68 | 93.48 | Palmitato di isopropile |
| 67.13 | 88.95 | acido 9-Ottadecenoico (Z)-, estere metilico |
La Tabella 4 mostra un elenco dei composti identificati. In questo caso, sono stati rilasciati principalmente composti alcani e silossani, che corrispondono anche all'elenco degli ingredienti. Poiché gli spettri di massa dei diversi silossani sono molto simili, è possibile che si verifichi anche il rilascio di derivati leggermente diversi.
Tabella 4: Rapporto di ricerca in biblioteca per il campione 4
| RT | Punteggio | Nome |
|---|---|---|
| 54.37 | 95.03 | Disilossano, esametil- |
| 55.80 | 95.80 | Ciclotrisilossano, esametil- |
| 58.14 | 96.25 | Eptano, 2,2,4,6,6-pentametil- |
| 58.51 | 92.45 | 2,2,4,4-Tetrametiloctano |
| 58.65 | 91.98 | Decano, 2,5,9-trimetil- |
| 58.79 | 94.70 | 2- Acido propenoico, 3-(4-metossifenil)-, estere 2-etilesilico |
| 58.82 | 87.45 | Eptano, 5-etil-2,2,3-trimetil- |
| 62.06 | 94.12 | Eptasilossano, esadecametil- |
| 63.42 | 87.80 | Eptasilossano, esadecametil- |
| 64.64 | 79.22 | Eptasilossano, esadecametil- |
| 65.75 | 75.79 | Eptasilossano, esadecametil- |
| 66.75 | 76.94 | Eptasilossano, esadecametil- |
| 67.68 | 76.14 | Eptasilossano, esadecametil- |
| 66.46 | 93.86 | acido 2-propenoico, 3-(4-metossifenile)-, estere 2-etilesilico |
| 69.52 | 75.70 | Eptasilossano, esadecametil- |
| 69.23 | 78.01 | Eptasilossano, esadecametil- |
Conclusione
L'accoppiamento di STA e GC-MS consente di simulare l'applicazione di spray per capelli termoprotettivi alla loro massima temperatura di applicazione. La tecnica della gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) si è dimostrata in grado di facilitare l'identificazione della composizione dei gas primari evoluti. Inoltre, può essere utilizzata per determinare la presenza di composti di silicio in un determinato prodotto. Queste informazioni possono contribuire all'ottimizzazione dei prodotti cosmetici per quanto riguarda la loro compatibilità ambientale, la biodegradabilità e i rischi per la salute dei parrucchieri e dei singoli clienti.