Введение
Термозащитные спреи широко используются для защиты волос от разрушительного воздействия высоких температур, создаваемых инструментами для укладки, такими как плоские утюжки и щипцы для завивки, которые могут достигать 220 или 230°C. Хотя эти спреи создают защитный барьер, снижающий разрушение кератина под воздействием тепла и потерю влаги, исследования показывают, что при таком экстремальном нагреве испарение или термическая деградация некоторых ингредиентов в составе этих спреев может привести к выделению потенциально вредных газов, таких как летучие органические соединения (VOC). Некоторые спреи на основе полимеров и силикона могут подвергаться структурному разрушению, выделяя small количество продуктов термического разложения, которые могут представлять опасность для здоровья как отдельных пользователей, так и парикмахеров.
Независимо от результата укладки, несколько различных коммерческих продуктов были протестированы на предмет выделения газов при максимальной температуре нанесения 220°C. Зависимая от температуры потеря массы определялась с помощью прибора серии STA Jupiter®. Выделяющиеся газы анализировались системой GC-MS, подключенной к STA.
В данном исследовании в качестве примеров использовались два кремнийсодержащих и два полимерных спрея.
Подготовка образцов и условия измерения
Спреи встряхивали вручную, а эмульсии пипетировали в тигель. Выделившиеся соединения собирали в криоловушку ГХ при -50°C, разделяли и идентифицировали после проведения ТГА. Параметры измерений ТГА приведены в таблице 1, а параметры GC-MS - в таблице 2.
Таблица 1: Параметры измерения ТГА
| Образец | 1 (на основе полимера) | 2 (на основе полимера) | 3 (кремнийсодержащий) | 4 (кремнийсодержащий) |
| Масса образца | 22.9 мг | 27.0 мг | 34.5 мг | 19.7 мг |
| Тигель | Тигель из Al2O3 (200 мкл), открытый | |||
| Держатель образца | Штифт TGA, тип S + накладная пластина | |||
| Печь | SiC | |||
| Температурная программа | RT-220°C, изотерма 30 минут | |||
| Скорость нагрева | 10 К/мин | |||
| Газовая атмосфера | Азот | |||
| Расход газа (общий) | 70 мл/мин | |||
Таблица 2: GC-MS Параметр
| Режим криоловушки | |
| Колонка | Agilent HP-5ms |
| Длина колонки | 30 m |
| Диаметр колонки | 0.25 мкм |
| Температура криоловушки | -50°C, 50 мин |
| Температура колонки | 45°C, 52 мин Изотерма, 45°C - 300°C, 10 К/мин |
| Газ | He |
| Поток газа (разделение) | 20 мл/мин (10:1) |
| Клапан | Каждые 30 секунд |
Результаты и обсуждение
Каждый из четырех образцов демонстрирует совершенно разные термограммы (рис. 1). Образцы 1 и 4 демонстрируют немедленную потерю массы уже при комнатной температуре, что свидетельствует о выделении высоколетучих растворителей, таких как спирты, в дополнение к испарению водной основы. Для образцов 1, 3 и 4 потеря массы была завершена при температуре около 140°C. Только в образце 2 наблюдалось три отдельных этапа потери массы вплоть до температуры изотермы 220°C. Можно предположить, что в данном случае было использовано большее количество высококипящих веществ. В целом, все четыре образца при термообработке выделили более 90 % от своей первоначальной массы.
Оценка полученных данных GC-MS иллюстрируется образцами 2 и 4, которые представляют собой теплозащитный спрей на основе полимера и силиконсодержащего вещества, соответственно. На рис. 2 показан суммарный ионный ток (TIC) образца 2 после нагрева криоловушки в конце цикла ТГА. Было достигнуто разделение множества пиков, и идентификация полученных соединений была проведена путем сравнения с библиотекой NIST MS.
Соединения с самым высоким качеством попадания представлены в таблице 3. Как указано в списке ингредиентов, ни одно силиконовое соединение не было идентифицировано. В основном некоторые соединения карбоновых эфиров выделялись при температуре до 220°C.
Для сравнения, образец 4 выделил совершенно другие соединения при той же температурной обработке. На рисунке 3 показан суммарный ионный ток.
Таблица 3: Отчет о поиске в библиотеке для образца 2
| RT | Оценка | Название |
|---|---|---|
| 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 | Диметилпальмитамин |
| 66.01 | 95.00 | Гексадекановая кислота, метиловый эфир |
| 66.68 | 93.48 | Изопропилпальмитат |
| 67.13 | 88.95 | 9-Октадеценовая кислота (Z)-, метиловый эфир |
В таблице 4 приведен список идентифицированных соединений. Здесь в основном выделяются алканы и силоксановые соединения, что также соответствует списку ингредиентов. Поскольку масс-спектры различных силоксанов очень похожи, существует вероятность того, что выделяются и несколько иные производные.
Таблица 4: Отчет о поиске в библиотеке для образца 4
| RT | Оценка | Название |
|---|---|---|
| 54.37 | 95.03 | Дисилоксан, гексаметил- |
| 55.80 | 95.80 | Циклотрисилоксан, гексаметил- |
| 58.14 | 96.25 | Гептан, 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- Пропеновая кислота, 3-(4-метоксифенил)-, 2-этилгексиловый эфир |
| 58.82 | 87.45 | Гептан, 5-этил-2,2,3-триметил- |
| 62.06 | 94.12 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
| 63.42 | 87.80 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
| 64.64 | 79.22 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
| 65.75 | 75.79 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
| 66.75 | 76.94 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
| 67.68 | 76.14 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
| 66.46 | 93.86 | 2-Пропеновая кислота, 3-(4-метоксифенил)-, 2-этилгексиловый эфир |
| 69.52 | 75.70 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
| 69.23 | 78.01 | Гептасилоксан, гексадекаметил- |
Заключение
Сочетание STA и GC-MS позволяет моделировать нанесение термозащитных спреев для волос до максимальной температуры их применения. Метод газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC-MS) позволяет определить состав выделяющихся газов. Кроме того, с его помощью можно определить наличие кремниевых соединений в том или ином продукте. Эта информация может помочь в оптимизации косметических продуктов с точки зрения их экологичности, биоразлагаемости и риска для здоровья парикмахеров и индивидуальных клиентов.