Objective: The process of moisture sorption and desorption by human hair was analysed for extracting hints on the hair structure.
Methods: The isotherms of moisture sorption and desorption by hair were recorded for untreated and chemically treated (permed and bleached) hair. Data of swelling were also considered.
Results: By examining the swelling and moisture sorption of keratin fibres, it is possible to conclude that hysteresis is quite improbably caused by capillary condensation. The mobility of the protein chains and the strength of the bonds binding water molecules to the active sites inside the matrix are proposed as causes instead. The concept of "breaking symmetry", derived from moisture sorption- desorption data, and the method of evaluating this parameter, is proposed as a way of characterizing the chemical treatment of hair. The results show that bleaching produces a larger breaking of symmetry than perming, and this is suggested to be due to new hydrogen bonds, created as a result of the chemical treatment, replacing the original disulphide bonds, which are of different strength compared to the bonds of untreated hair. The quantitative sorption data matched well to the model of grains of matrix enveloped in layers of water molecules at increasing relative humidity, up to 100%. The analysis suggested that, aside from the glass transition event occurring at around 60%-70% relative humidity, there is another, less examined, transition occurring at around 30% relative humidity, assigned to the opening of the hair inner structure, and accommodation of more water molecules. Both transitions are reflected by corresponding changes in the fibre mechanical behaviour.
Conclusion: The moisture sorption-desorption by hair was shown to not only allow a quantitative differentiation among various cosmetic treatments of the hair but to also provide valuable information on the structure of the fibre.
Objectif: Le processus de sorption et de désorption de l'humidité par le cheveu humain a été analysé pour en extraire des informations sur la structure du cheveu. MÉTHODES: Les isothermes de sorption et de désorption de l'humidité par les cheveux ont été enregistrées pour des cheveux non traités et traités chimiquement (permanente et blanchie). Les données de gonflement ont également été prises en compte. RÉSULTATS: En examinant le gonflement et la sorption de l'humidité des fibres de kératine, il est possible de conclure que l'hystérésis est très improbablement causée par la condensation capillaire. La mobilité des chaînes de protéines et la force des liaisons liant les molécules d'eau aux sites actifs à l'intérieur de la matrice sont plutôt proposées comme causes. Le concept de “rupture de symétrie”, dérivé des données de sorption-désorption de l'humidité, et la méthode d'évaluation de ce paramètre, sont proposés comme moyen de caractériser le traitement chimique des cheveux. Les résultats montrent que la blanchiment produit une rupture de symétrie plus importante que la permanente, ce qui serait dû à de nouvelles liaisons hydrogène, créées à la suite du traitement chimique, remplaçant les liaisons disulfure d'origine, qui sont de force différente par rapport aux liaisons des cheveux non traités. Les données quantitatives de sorption correspondent bien au modèle des grains de la matrice enveloppés dans des couches de molécules d'eau à une humidité relative croissante, jusqu'à 100 %. L'analyse a suggéré qu'à part la transition vitreuse qui se produit à environ 60-70 % d'humidité relative, il y a une autre transition, moins examinée, qui se produit à environ 30 % d'humidité relative, attribuée à l'ouverture de la structure interne du cheveu et à l'accommodation de plus de molécules d'eau. Les deux transitions sont reflétées par des changements correspondants dans le comportement mécanique de la fibre.
Conclusion: La sorption-désorption de l'humidité par le cheveu permet non seulement de différencier quantitativement les différents traitements cosmétiques du cheveu, mais aussi de fournir des informations précieuses sur la structure de la fibre.
Keywords: Harkins-Jura formalism; claim substantiation; hair treatment; hysteresis; moisture-assisted transitions in hair.
© 2022 Society of Cosmetic Scientists and Societe Francaise de Cosmetologie.