Inledning
Värmeskyddande sprayer används ofta för att skydda håret från de skadliga effekterna av höga temperaturer som genereras av stylingverktyg som platt- och locktänger, som kan nå upp till 220°C eller 230°C. Även om dessa sprayer skapar en skyddande barriär för att minska värmeinducerad nedbrytning av keratin och fuktförlust, tyder studier på att avdunstning eller termisk nedbrytning av vissa ingredienser i dessa sprayer kan leda till att potentiellt skadliga gaser som VOC (flyktiga organiska föreningar) frigörs under sådan extrem värme. Vissa polymerbaserade och silikoninnehållande sprayer kan genomgå strukturell nedbrytning och avge small mängder termiska nedbrytningsprodukter som kan utgöra hälsorisker för både enskilda användare och frisörer.
Oberoende av stylingresultatet testades ett antal olika kommersiella produkter med avseende på deras gasutsläpp vid maximala appliceringstemperaturer på 220°C. Den temperaturberoende massförlusten bestämdes med ett instrument i STA Jupiter® -serien. De frigjorda gaserna analyserades med ett GC-MS -system som var kopplat till STA.
I denna studie användes två kiselhaltiga och två polymerbaserade sprayer som exempel.
Provberedning och mätförhållanden
Sprayer skakades för hand och emulsionerna pipetterades in i degeln. De utvecklade föreningarna samlades upp i GC:s kryofälla vid -50°C och separerades och identifierades efter TGA-körningen. Parametrarna för TGA-mätningen beskrivs i tabell 1 och parametrarna för GC-MS i tabell 2.
Tabell 1: Parametrar för TGA-mätning
| Prov | 1 (polymerbaserad) | 2 (polymerbaserad) | 3 (kiselhaltigt) | 4 (kiselhaltigt) |
| Provets massa | 22.9 mg | 27.0 mg | 34.5 mg | 19.7 mg |
| Degel | Al2O3-degel (200 μl), öppen | |||
| Bärare för prov | TGA-stift, typ S + glidplatta | |||
| Ugn | SiC | |||
| Temperaturprogram | RT-220°C, 30 min isoterm | |||
| Uppvärmningshastighet | 10 K/min | |||
| Gasatmosfär | Kväve | |||
| Gasflöde (totalt) | 70 ml/min | |||
Tabell 2: GC-MS Parameter
| Kryofälla Läge | |
| Kolonn | Agilent HP-5ms |
| Kolonnens längd | 30 m |
| Kolonnens diameter | 0.25 μm |
| Temperatur i kryofälla | -50°C, 50 min |
| Kolonnens temperatur | 45°C, 52 min isoterm, 45°C - 300°C, 10 K/min |
| Gas | He |
| Gasflöde (split) | 20 ml/min (10:1) |
| Ventil | Var 30:e sekund |
Resultat och diskussion
Vart och ett av de fyra proverna uppvisar ett mycket annorlunda termogram (figur 1). Prov 1 och 4 uppvisar en omedelbar massförlust redan vid rumstemperatur, vilket tyder på att mycket flyktiga lösningsmedel, t.ex. alkoholer, frigörs utöver avdunstningen av vattenbasen. För proverna 1, 3 och 4 var massförlusten fullständig vid ca 140°C. Endast prov 2 uppvisade tre separata massförluststeg upp till den isoterma temperaturen på 220°C. Man kan anta att en större mängd högkokande ämnen användes i detta fall. Totalt släppte alla fyra proverna mer än 90% av sina ursprungliga massor under värmebehandlingen.
Utvärderingen av de erhållna uppgifterna från GC-MS illustreras av proverna 2 och 4, som representerar en polymerbaserad respektive en silikoninnehållande värmeskyddsspray. Figur 2 visar den resulterande totala jonströmmen (TIC) för prov 2 efter uppvärmning av kryofällan i slutet av TGA-körningen. Separering av flera toppar uppnåddes, och identifiering av de resulterande föreningarna utfördes genom jämförelse med NIST MS-biblioteket.
Föreningarna med den högsta träffkvaliteten visas i tabell 3. I enlighet med ingrediensförteckningen identifierades ingen silikonförening. Främst några karboxylesterföreningar frigjordes upp till 220°C.
Som jämförelse frigjorde prov 4 helt andra föreningar inom samma temperaturbehandling. Figur 3 visar den resulterande totala jonströmmen.
Tabell 3: Bibliotekssökningsrapport för prov 2
| RT | Poäng | Namn |
|---|---|---|
| 55.03 | 85.72 | Vatten |
| 58.55 | 97.07 | Pantolakton |
| 60.18 | 97.87 | Dodekan |
| 65.30 | 95.57 | Isopropylmyristat |
| 65.52 | 90.17 | Isoamyl laurat |
| 65.86 | 90.40 | Dimetylpalmitamin |
| 66.01 | 95.00 | Hexadekansyra, metylester |
| 66.68 | 93.48 | Isopropylpalmitat |
| 67.13 | 88.95 | 9-oktadecenoesyra (Z)-, metylester |
Tabell 4 visar en lista över de identifierade föreningarna. Här frigjordes främst alkaner och siloxanföreningar, vilket också stämmer överens med ingrediensförteckningen. Eftersom masspektra för de olika siloxanerna är mycket lika, finns det en möjlighet att frisättning av något olika derivat också förekommer.
Tabell 4: Bibliotekssökningsrapport för prov 4
| RT | Poäng | Namn |
|---|---|---|
| 54.37 | 95.03 | Disiloxan, hexametyl- |
| 55.80 | 95.80 | Cyklotrisiloxan, hexametyl- |
| 58.14 | 96.25 | Heptan, 2,2,4,6,6-pentametyl- |
| 58.51 | 92.45 | 2,2,4,4-tetrametyloktan |
| 58.65 | 91.98 | Dekan, 2,5,9-trimetyl- |
| 58.79 | 94.70 | 2- Propenosyra, 3-(4-metoxifenyl)-, 2-etylhexylester |
| 58.82 | 87.45 | Heptan, 5-etyl-2,2,3-trimetyl- |
| 62.06 | 94.12 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
| 63.42 | 87.80 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
| 64.64 | 79.22 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
| 65.75 | 75.79 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
| 66.75 | 76.94 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
| 67.68 | 76.14 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
| 66.46 | 93.86 | 2-Propenoesyra, 3-(4-metoxifenyl)-, 2-etylhexylester |
| 69.52 | 75.70 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
| 69.23 | 78.01 | Heptasiloxan, hexadekametyl- |
Slutsats
Kopplingen mellan STA och GC-MS gör det möjligt att simulera appliceringen av värmeskyddande hårsprayer till deras maximala appliceringstemperatur. Gaskromatografi-masspektrometritekniken (GC-MS) har visat sig underlätta identifieringen av sammansättningen hos de primära gaser som utvecklas. Dessutom kan den användas för att bestämma förekomsten av kiselföreningar i en viss produkt. Denna information kan bidra till att optimera kosmetiska produkter med avseende på deras miljökompatibilitet, biologiska nedbrytbarhet och hälsorisker för frisörer och enskilda kunder.