Wprowadzenie
Spraye termoochronne są szeroko stosowane w celu ochrony włosów przed szkodliwym działaniem wysokich temperatur generowanych przez narzędzia do stylizacji, takie jak prostownice i lokówki, które mogą osiągać temperaturę do 220°C lub 230°C. Podczas gdy spraye te tworzą barierę ochronną w celu zmniejszenia wywołanej ciepłem degradacji keratyny i utraty wilgoci, badania sugerują, że w tak ekstremalnym upale parowanie lub degradacja termiczna niektórych składników tych sprayów może skutkować uwalnianiem potencjalnie szkodliwych gazów, takich jak VOC (lotne związki organiczne). Niektóre spraye na bazie polimerów i silikonu mogą ulegać rozpadowi strukturalnemu, emitując small ilości produktów rozkładu termicznego, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia zarówno indywidualnych użytkowników, jak i fryzjerów.
Niezależnie od wyników stylizacji, szereg różnych produktów komercyjnych przetestowano pod kątem emisji gazów przy maksymalnej temperaturze aplikacji wynoszącej 220°C. Zależna od temperatury utrata masy została określona za pomocą urządzenia z serii STA Jupiter®. Uwolnione gazy analizowano za pomocą systemu GC-MS połączonego z STA.
W tym badaniu jako przykłady wykorzystano dwa spraye zawierające krzem i dwa spraye na bazie polimerów.
Przygotowanie próbki i warunki pomiaru
Rozpylacze wstrząsano ręcznie, a emulsje pipetowano do tygla. Wydzielone związki zebrano w pułapce kriogenicznej GC w temperaturze -50°C, a następnie rozdzielono i zidentyfikowano po pomiarze TGA. Parametry pomiaru TGA są wyszczególnione w tabeli 1, a parametry GC-MS w tabeli 2.
Tabela 1: Parametry pomiaru TGA
| Próbka | 1 (na bazie polimeru) | 2 (na bazie polimeru) | 3 (zawierająca krzem) | 4 (zawierająca krzem) |
| Masa próbki | 22.9 mg | 27.0 mg | 34.5 mg | 19.7 mg |
| Tygiel | Tygiel Al2O3 (200 μl), otwarty | |||
| Nośnik próbki | Trzpień TGA, typ S + wsuwana płytka | |||
| Piec | SiC | |||
| Program temperatury | RT-220°C, izoterma 30 min | |||
| Szybkość ogrzewania | 10 K/min | |||
| Atmosfera gazowa | Azot | |||
| Przepływ gazu (całkowity) | 70 ml/min | |||
Tabela 2: GC-MS Parametr
| Tryb pułapki kriogenicznej | |
| Kolumna | Agilent HP-5ms |
| Długość kolumny | 30 m |
| Średnica kolumny | 0.25 μm |
| Temperatura pułapki kriogenicznej | -50°C, 50 min |
| Temperatura kolumny | 45°C, 52 min izoterma, 45°C - 300°C, 10 K/min |
| Gaz | On |
| Przepływ gazu (split) | 20 ml/min (10:1) |
| Zawór | Co 30 sekund |
Wyniki i dyskusja
Każda z czterech próbek wykazuje bardzo różny termogram (rysunek 1). Próbki 1 i 4 wykazują natychmiastową utratę masy już w temperaturze pokojowej, co sugeruje uwolnienie wysoce lotnych rozpuszczalników, takich jak alkohole, oprócz odparowania bazy wodnej. W przypadku próbek 1, 3 i 4 utrata masy była całkowita w temperaturze około 140°C. Tylko próbka 2 wykazała trzy oddzielne etapy utraty masy do temperatury izotermy 220°C. Można założyć, że w tym przypadku użyto większej ilości substancji wysokowrzących. W sumie wszystkie cztery próbki uwolniły ponad 90% swojej początkowej masy podczas obróbki cieplnej.
Ocena uzyskanych danych GC-MS jest zilustrowana próbkami 2 i 4, które reprezentują odpowiednio spray na bazie polimeru i spray chroniący przed ciepłem zawierający silikon. Rysunek 2 przedstawia wynikowy całkowity prąd jonowy (TIC) próbki 2 po podgrzaniu krio-pułapki na końcu przebiegu TGA. Uzyskano separację wielu pików, a identyfikację powstałych związków przeprowadzono przez porównanie z biblioteką NIST MS.
Związki o najwyższej jakości trafienia przedstawiono w tabeli 3. Jak określono na liście składników, nie zidentyfikowano żadnego związku silikonowego. Głównie niektóre związki estrów karboksylowych zostały uwolnione do 220°C.
Dla porównania, próbka 4 uwalniała zupełnie inne związki w tej samej temperaturze. Rysunek 3 przedstawia wynikowy całkowity prąd jonowy.
Tabela 3: Raport z przeszukiwania biblioteki dla próbki 2
| RT | Wynik | Nazwa |
|---|---|---|
| 55.03 | 85.72 | Woda |
| 58.55 | 97.07 | Pantolakton |
| 60.18 | 97.87 | Dodekan |
| 65.30 | 95.57 | Mirystynian izopropylu |
| 65.52 | 90.17 | Laurynian izoamylu |
| 65.86 | 90.40 | Palmitynamina dimetylu |
| 66.01 | 95.00 | Kwas heksadekanowy, ester metylowy |
| 66.68 | 93.48 | Palmitynian izopropylu |
| 67.13 | 88.95 | kwas 9-oktadecenowy (Z)-, ester metylowy |
Tabela 4 przedstawia listę zidentyfikowanych związków. Tutaj uwalniane były głównie alkany i związki siloksanowe, co również pasuje do listy składników. Ponieważ widma masowe różnych siloksanów są bardzo podobne, istnieje możliwość, że uwalniane są również nieco inne pochodne.
Tabela 4: Raport z przeszukiwania biblioteki dla próbki 4
| RT | Wynik | Nazwa |
|---|---|---|
| 54.37 | 95.03 | Disiloksan, heksametyl- |
| 55.80 | 95.80 | Cyklotrisiloksan, heksametyl- |
| 58.14 | 96.25 | Heptan, 2,2,4,6,6-pentametylo- |
| 58.51 | 92.45 | 2,2,4,4-tetrametylooktan |
| 58.65 | 91.98 | Dekan, 2,5,9-trimetylo- |
| 58.79 | 94.70 | kwas 2-propionowy, 3-(4-metoksyfenylo)-, ester 2-etyloheksylowy |
| 58.82 | 87.45 | Heptan, 5-etylo-2,2,3-trimetylo- |
| 62.06 | 94.12 | Heptasiloksan, heksadecametyl- |
| 63.42 | 87.80 | Heptasiloksan, heksadekametylo- |
| 64.64 | 79.22 | Heptasiloksan, heksadekametylo- |
| 65.75 | 75.79 | Heptasiloksan, heksadekametylo- |
| 66.75 | 76.94 | Heptasiloksan, heksadekametylo- |
| 67.68 | 76.14 | Heptasiloksan, heksadekametylo- |
| 66.46 | 93.86 | kwas 2-propenowy, 3-(4-metoksyfenylo)-, ester 2-etyloheksylowy |
| 69.52 | 75.70 | Heptasiloksan, heksadekametylo- |
| 69.23 | 78.01 | Heptasiloksan, heksadekametylo- |
Wnioski
Połączenie STA i GC-MS umożliwia symulację stosowania chroniących przed ciepłem lakierów do włosów do ich maksymalnej temperatury stosowania. Udowodniono, że technika chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS) ułatwia identyfikację składu wydzielanych gazów pierwotnych. Ponadto można ją wykorzystać do określenia obecności związków krzemu w danym produkcie. Informacje te mogą pomóc w optymalizacji produktów kosmetycznych pod kątem ich przyjazności dla środowiska, biodegradowalności i zagrożeń dla zdrowia fryzjerów i klientów indywidualnych.