Katyonik Yüzey Aktif Maddeler

Katyonik Yüzey Aktif Maddeler Saçı Hasara Karşı Gerçekten Koruyabilir Mi? Giriş ve Arka Plan Saç bakımı, kişisel bakım endüstrisinde güçlü şekilde büyüyen bir pazardır. Bu pazarı en iyi temsil eden ürünler; saç kremleri, şampuanlar ve saç boyalarıdır. Şu anda, tüketici algısı ve yasal zorunluluklar nedeniyle hem insanlar hem de çevre için güvenli olan ürünler formüle etme yönünde artan bir eğilim var. Ek olarak, Avrupa’daki düzenlemeler giderek daha kısıtlayıcı hale geldiğinden dolayı [1], doğada kolayca çözünebilen ve çevreye zarar vermeyen ürünlere karşı ilgi giderek artmaktadır. Durulanan saç bakım ürünlerinde bir asitle uygun şekilde nötralize edilen alkil amidoaminler, yaygın olarak kullanılan Cetrimonium ve Behentrimonium Chloride gibi monoalkil kuatlara iyi bir alternatiftir. [3] Genel olarak, alkil amidoaminler, monoalkil kuatlar ile karşılaştırıldığında, anyonik yüzey aktif maddelerle daha uyumludur ve birlikte çalışması daha kolaydır. Ayrıca katyonik formdaki bu moleküller, yaygın olarak kullanılan kuatlara göre saçın yapısına daha çok benzerlik gösterirler ve saça çok daha iyi bir antistatik etki kazandırırlar. (Şekil 1.) Günümüzde durulanabilen çoğu saç ürünü, saçı yumuşatmak, taranmasını kolay hale getirmekten daha öte iddiaları barındırmaktadır. Son zamanlarda tercih edilen genişletilmiş iddia “yıpranmaya karşı koruma” dır. Saçta, UV ışınlarına maruz kalma,fırçalama ve ısıl işlem gibi günlük aktivitelerden kaynaklı hasarlar meydana gelebilir. Ayrıca saçlar düzenli olarak yaptırılan hidrojen perokist içeren saç açtırma, perma ya da saç boyatma gibi uygulamalardan dolayı zarar görmektedir. Saçtaki hasar, her biri saç telinin yapısındaki değişikliği ortaya koyan yöntemlerle incelenebilir. Temas açısı ölçümleri hidrofobikliğin belirlenmesinde son derece faydalıdır ve böylelikle saç yüzeyinin ne kadar hasarlı olduğu saptanabilir. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) saç kütikülündeki hasarın boyutunu görsel olarak doğrulamak için yardımcı olur. Öte yandan, çekme mukavemeti tayini gibi teknikler, saç telinin iç kısmındaki (korteks) hasarının tespit edilmesine yardımcı olur. Yukarıdaki tekniklerin tümünü kullanarak, bu çalışmanın temel amacı olan; alkil amidoaminlerin, lineer monoalkil kuatlara kıyasla saçın korunmasına faydalarını incelemek mümkündür. [caption id="attachment_140204" align="aligncenter" width="456"] Şekil 1. Lineer monoalkil kuatlar (CTAC ve BTAC) ve alkil amidoaminlerin
(SAPDMA ve BAPDMA (AMIDET® APA-22)) kimyasal yapıları.[/caption] Malzemeler ve Yöntemler Malzemeler Bu çalışmada kullanılan doğal ve açma işlemi uygulanmış saç örnekleri Kerling GmbH tarafından temin edildi. Cocamidopropyl Dimethylamine (CAPDMA) KAO Chemicals Europe’da sentezlenerek saflaştırılmadan kullanıldı. Stearamidopropyl Dimethylamine (SAPDMA) AMIDET® APA-18, Behenamidopropyl Dimethylamine (BAPDMA) AMIDET® APA-22 ye karşılık gelir. Cetrimonium Chloride (CTAC) QUARTAMIN® 60W25 in aktif bileşenidir. (%25 aktif, çözücü: su). Behentrimonium Chloride (BTAC) QUARTAMIN® AB’ nin aktif bileşenidir. (%85 aktif, çözücü: isopropyl alcohol). Cetearyl alcohol KALCOL® 6850P ye karşılık gelir. Tüm yüzey aktifler KAO Chemicals Europe portföyünde bulunmaktadır. Açma (Oksidasyon) Prosesi Saç örnekleri 30°C’de %6’lık H2O2 çözeltisine 30 dakika süreyle daldırıldı. Sonrasında 1 dakika boyunca yıkandı. Çekme Mukavemeti ve Tarama Kuvveti Ölçümleri Instron dinamometresi kullanılarak iki deney gerçekleştirildi. (model 5543, yük hücresi 1 kilogram). Çekme Mukavemeti tayini için 80 ± 10 μm çapında yaklaşık 30 saç örneği seçildi. Saç telleri 100 mm/ dakika hızında uzatıldı. Sonuçlar, akış sırasındaki kuvvet (ortalama) ve saç telinin koptuğu andaki kuvvet olarak ifade edildi [6-8]. Tarama kuvveti ölçümü için yaklaşık 20 g’lik bir saç örneği 500 mm/dk’lik bir hız ile tarandı. Test numunesine 1 dakikalık işlem uygulandıktan sonra kuvvet kaydedildi ve ardından 1 dakika durulama yapıldı. Son tarama kuvveti değerini elde edebilmek için 10 ölçümün ortalaması alındı [9]. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) 80 ± 10 μm çapındaki saç telleri seçildi, karbon iletken bant kullanılarak monte edildi ve altın/paladyum ile kaplandı. Çalışma JEOL JSM 6100 taramalı elektron mikroskobu ile gerçekleştirildi. Temas Açısı Tek saç teli (φ = 70 μm) ve 25ºC’deki su arasındaki temas açısını ölçmek için bir tansiyometre (Krüss K12) kullanıldı. Dinamik ilerleyen temas açısı her bir saç telinin altı parçasından ölçüldü. En az 5 farklı saç teli kullanıldı. Sonuçların ortalaması alındı. Katyonik Adsorpsiyon Test numunelerinden 6.67.10-4 meq/g katyonik yüzey aktif madde içeren bir çözelti hazırlandı. Saç örnekleri bir dakika süreyle bu solüsyonun 150 mL’sine daldırıldı. Çözeltideki katyonik aktif madde, saç örnekleri daldırılmadan önce ve sonra asit pH’da SLS ile potansiyometrik titrasyon ile analiz edildi. Bunlar arasındaki fark değerleri, saç üzerinde tutunan katyonik yüzey aktif madde olduğu varsayıldı [13]. Sonuçlar ve Tartışma Alkil amidoaminlerin saçı koruma etkilerinin incelenmesi üç aşamaya ayrılmıştır: bu ürünler ile ön açma işlemi uygulanarak saç hasarının önlenmesi, saç boyası bazlarına jeleştirici ajan olarak alkil amidoaminlerin eklenmesiyle saç hasarının en aza indirilmesi ve son olarak da yıpranmış saçlar için saç kremlerinde katyonik yüzey aktif madde olarak alkil amidoaminler ile kondüsyoner etki verilmesidir. Saç Hasarının Önlenmesi Oksidasyon işleminden önce, kafkas tipi saç örnekleri Cetrimonium Chloride (CTAC) veya farklı alkil zincir uzunluklu amidoamin çözeltileri (0.04 meq/g) ve su (boş numune) ile işleme alındı. Bu işlem 15 kez tekrar edildi. Bu işlemden sonra saç teline verilen hasarın boyutu, çekme mukavemeti tayini ve temas açısı değerleri ölçülerek analiz edildi. (Tablo 1-2). Ön-açma işleminde kullanılan ürünler, uzun zincirli alkil amidoamin; BAPDMA (AMIDET® APA-22) içerdiğinde, saç tellerinin kopması için daha yüksek bir kuvvete ihtiyaç duyduğu gözlemlenmiştir. Bu sonuç, kısa zincirli alkil amidoaminler ve Cetrimonium Chloride ile kıyaslandığında daha yüksek temas açısı değerinin elde edilmesi ile de desteklenmiştir. Yüksek temas açıları, saç yüzeyinin açma işlemi sonrası daha az hidrofilik olduğunu ve bu nedenle daha az hasar gördüğünü gösterir. BAPDMA (AMIDET® APA-22)’ nın bu iyi performansına rağmen, farklılıklar istatistiksel olarak dikkate değer olmadığından etkisi küçüktür. [caption id="attachment_140205" align="aligncenter" width="585"] Tablo 1. Farklı saç örneklerinin farklı solüsyonlarla işlem görmesi sonucu çekme mukavemeti
tayini. CAPDMA: Cocamidopropyl Dimethylamine (C12-C14), SAPDMA: Stearamidopropyl
Dimethylamine (C18), BAPDMA (AMIDET® APA-22): Behenamidopropyl Dimethylamine (C22).[/caption] [caption id="attachment_140206" align="aligncenter" width="583"] Tablo 2. Farklı solüsyonlarla işlem görmüş saç örneklerinin ilerleyen temas açıları sonuçları.[/caption] Saç Boyama Esnasında Oluşabilecek Hasarı Minimuma İndirmek Alkil amidoaminler kalıcı boya uygulamalarında boyama düzgünleştirici ve jelleştirici olarak kullanılabilirler. Alkil amidoaminler, boyama düzgünleştirici veya jelleştirici olarak kullanıldıklarında gösterdikleri perfomans, piyasada bulunan standartlarına eşit veya onlardan daha üstündür. Bu özelliklerin yanı sıra, alkil zincir uzunluğu, boyama sırasında, saç hasarının en aza indirilmesinde rol oynar. Bu etkiyi incelemek için tipik bir saç boyası bazında (%5 w/w konsantrasyon), farklı zincir uzunluklu amidoaminler kullanıldı. Bu çalışmanın sonuçlarıyla birlikte bir patent başvurusu yapıldı [14]. Bu saç boyası bazı, H2O2 içeren emülsiyon özellikli oksidasyon kremi ile birlikte kullanıldı. Kullanılan peroksitten dolayı saç boyama işlemlerinden sonra saçlarda bir miktar hasar oluşması beklenir. Kullanılan amidler; Cocamidopropyl Dimethylamine (CAPDMA), Stearamidopropyl Dimethylamine (SAPDMA) and Behenamidopropyl Dimethylamine (BAPDMA (AMIDET® APA-22))'dir. Saç teli ve su arasındaki temas açısı değeri saç telinin yapısına bağlıdır. Saç yüzeyi ne kadar hidrofobik olursa temas açısı o kadar yüksek olur. Saçtaki hasar seviyesi artıkça temas açısı azalır. Açma işlemi görmüş saçlar için temas açısı değerleri saçtaki hasar derecesine bağlı olarak daha düşük seyrederken (75°’den 50°’ye), işlem görmemiş doğal saç teli için temas açısı yaklaşık 90°’dir. [caption id="attachment_140217" align="aligncenter" width="586"] Tablo 3. %5 farklı zincir uzunluklu amidoaminler içeren formül ile boyanan işlem görmemiş
doğal saçın ilerleyen temas açıları.[/caption] [caption id="attachment_140219" align="aligncenter" width="371"] Şekil 2. İki farklı zincir uzunluklu amidoamin içeren saç
boyası ile işlem görmüş saçın SEM fotoğrafları (C22 ve C18)[/caption] Yukardaki tablodan da anlaşılabileceği gibi alkil zinciri ne kadar uzun ise saç yüzeyi o kadar hidrofobik hale gelir. Bu durum Şekil 2’de gösterilen SEM analizi ile doğrulanabilir. Sağdaki resimde (BAPDMA (AMIDET® APA-22)) herhangi bir hasar gözlemlenmezken, soldakinde (SAPDMA) kütikül pulcukları daha ayrıktır. Sonuç olarak, BAPDMA (AMIDET® APA-22) gibi uzun zincirli amidoaminler saç boyama işlemlerinde kullanıldığında, yalnızca yüzey hidrofobikliğini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda kısa zincirli amidoaminler kullanıldığında görülen hasardan daha az hasar meydana gelir. Saçta Oluşan Hasar Sonrası Onarım Hasar oluştuktan sonra alkil amidoaminlerin performansını incelemek için farklı katyonik yüzey aktifler içeren saç kremleri hazırlandı. Doğal ve yıpranmış saçlardaki adsorpsiyonu ve Şekil 1’de gösterilen katyonik yüzey aktif maddelerin açma işlemi sonrası kondisyoner etkisini karşılaştırmak için eşit katyonik yüzey aktif madde içeriğine sahip dört farklı saç kremi hazırlandı. İki amidoamin de laktik asit ile ön nötralizasyon işlemine tabi tutuldu. Tüm formüllerin pH’ı aynı asit ile 4’e ayarlandı. Kısa ve uzun zincirli alkil amidoaminler için yıpranmış saçların afinitesi, saç örneklerine adsorbe edilen katyonik maddenin analizi ile belirlenir. Doğal saç için en iyi sonuç BAPDMA (AMIDET® APA-22) ile elde edilmiştir, SAPDMA için saçta tutulan katyonik yüzey aktif miktarının neredeyse iki katına yakın bir değer elde edilmiştir. Hasar görmüş saç için C22 amidoamin (BAPDMA (AMIDET® APA-22)), saç üzerinde C18 amidoaminden (SAPDMA) daha fazla tutunmuştur. C22 amidoaminin hasarlı saçlardaki yüksek afinitesi sayesinde, bu yüzey aktif madde tarama kolaylığı ölçümlerinde görüldüğü gibi bu saç tipinde etkin bir kondisyoner özellik göstermiştir. (Şekil 3). Özellikle açma işlemi görmüş saç örnekleri için kuru tarama kolaylıklarına bakıldığında BAPDMA (AMIDET® APA-22) için iyi sonuçlar elde edilmiştir. Sonuç Oksidasyon kaynaklı olarak meydana gelen saç hasarı, hidrojen peroksit molekülü saç yüzeyinde adsorbe edilen yüzey aktif katmanını geçebildiğinden, yaygın olarak kullanılan katyonik yüzey aktifler Cetrimonium Chloride ya da alkil amidoaminler ile tamamen önlenemez. Fakat uzun zincirli amidoaminler, özellikle BAPDMA (AMIDET® APA-22), kısa zincirli amidoaminler ve CTAC a kıyasla saçta oluşan hasarı önlemede hafif bir etkiye sahiptir. Diğer yandan, uzun zincirli alkil amidoaminler (C22) saç boyama işlemleri esnasında oluşan hasarı en aza indirmede rol oynar. Ayrıca uzun zincirli amidoaminlerin yıpranmış saç tellerine etkili bir şekilde bağlanabildikleri kanıtlanmıştır bu sebeple saça çok etkili bir şekilde kondisyoner etki verir. Yıpranmış saç üzerindeki iyi performansının yanı sıra, C22 amidoamin, pazar trendlerine uygun olacak şekilde, çevreye zarar vermeden doğada çözünebilir ve sucul canlılar için toksik etki göstermez. Saçın yapısını korumaya dair alkil amidoaminler için farklı bakış açıları gelişmiştir. Saç boyaları gibi büyük moleküller, saç yüzeyinde biriken yüzey aktif tabakasını geçemediğinden renk koruyucu şampuan ve saç kremlerinde uzun zincirli alkil amidoaminler kullanılabilir. AMIDET® APA-22 saç kremlerinde katyonik yüzey aktif madde olarak kullanılırken, 2’si 1 arada şampuanlarda nonyonik yüzey aktif olarak kullanılır, kondisyoner ve renk koruyucu ajan olarak görev alır. Saç boyama ürünlerinde ise jelleştirici ve saçı koruyucu ürün olarak kullanılır. Bu multifonksiyonel ve yüksek performanslı ürün, yaygın olarak kullanılan katyonik yüzey aktif maddelerle kıyaslandığında, doğada kolay çözünebilmesi ve sucul canlılar için düşük toksisite değerine sahip olması sebebiyle AMIDET® APA-22, saç bakım ürünleri pazarı için ilgi çekici, çevre dostu bir alternatiftir.     Yazarlar  Maria Minguet, Neus Subirats, Pilar Castán KAO Chemicals Europe Çeviren ve Derleyen  Serpil Tatlıdil Salman Teknik Çözümler Lideri / Technical Solutions Leader Organik Kimya     Referanslar [1] Opinion on alkyl (C16, C18, C22) trimethylammonium chloride, non-preservative uses, SCCP Colipa No P72 [2] Minguet M, Subirats N, Castán P, Cosmetic Science and Technology, 2008; 179-186. [3] Kortemeier U et al, Cosmetics and Toiletries Manufacture Worldwide, 2000: 271-276. [4] Robbins C, Kamath Y, J. Cosmet. Sci, 2007, 58: 629-636. [5] Tate ML, Kamath Y, Ruetsch SB, J. Soc. Cosmet. Chem. 1993, 44: 347-371. [6] Woodruff J, Cosmetics & Toiletries, 2002, 117: 33. [7] Robbins CR, Crawford RJ, J. Soc. Cosmet. Chem. 1991, 42: 59-67. [8] Syed AN, Ayoub H, Cosmetics & Toiletries, 2002, 117: 57-64. [9] Garcia ML, Díaz BS, J. Soc. Cosmet. Chem., 1976, 27: 379-388. [10] Hössel P, Sander R, Schrepp W, Cosmetics & Toiletries, 1996, 111: 57. [11] Höcker H, Skin Pharmacol. Appl. Skin Physiol., 1999, 12: 158-165. [12] Rogasik S, Martin N, Ricca JM, Wielinga W, Anthony O, SÖFT-Journal, 1999: 32. [13] Watanabe H, Okumura T, Hayashi S, Kao Corporation Japan internal report. [14] EP1714677 (A1)