Objective: The nature and magnitude of molecular interactions on hair surfaces underpin the design of formulated products, of which the application involves a competitive adsorption process between cationic surfactants, fatty alcohols and surface actives such as silicone. The knowledge of molecular interaction with hair surface will not only provide insight on the surface binding affinity but also offer an effective methodology in characterizing surface deposits.
Methods: Untreated and chemically treated hair samples were treated with either conditioner chassis alone (gel network) or conditioner chassis plus silicone (chassis/TAS). Hair surface interactions against four different chemical functional groups, namely methyl (-CH3 ), acid (-COOH), amine (-NH2 ) and hydroxyl (-OH), were quantified in both ambient and aqueous environment using Chemical Force Microscopy, a method based on atomic force microscopy (AFM).
Results: Surface adhesion on hair in ambient is dominated by capillary force that is determined by both the wettability of hair fibre (hydrophobic vs. hydrophilic), presence of any deposits and the chemical functionality of the AFM cantilever. Capillary force is diminished and replaced by electrostatic interaction when polar groups are present on both hair and AFM cantilever. A distinctively different force, hydrophobic interaction, plays a major role when virgin hair and hydrophobic functionalized AFM cantilever make contact in water.
Conclusion: Results acquired by AFM cantilevers of different functional groups show that hydrophobic interaction is a key driver for deposition on virgin hair, whilst electrostatic interaction is the most important one for bleached hair. Interfacial conformation of chassis components upon deposition is determined by the hair surface properties. Our study highlights the possibility of a range of polar groups, not necessarily negatively charged, on the damaged hair. Unlike conventional surface chemical analysis method, it is possible to quantitatively evaluate the interfacial conformation of deposited surface actives on hair, which identifies the target moieties for conditioning products on different types of hair.
Objectif: La nature et l'intensité des interactions moléculaires mesurables à la surface d'un cheveu, caractérisent l'effet de la formulation du produit initialement appliqué sur le cheveu. L'application du produit et son effet sur le cheveu repose sur un mécanisme d'adsorption complexe combinant l'effet de différents éléments tels que des surfactants cationiques, des alcools gras et des agents de surface tel que le silicone. L'étude et l'analyse des interactions moléculaires à la surface du cheveu permettent non seulement de déterminer l'affinité adhésive de surface, mais aussi d'offrir une méthode efficace pour caractériser les dépôts de surface. MÉTHODE: Des cheveux initialement traités et non-traités chimiquement, ont été analysés après l'application d'un après-shampoing chassis (structure en gel) ou d'un après-shampoing chassis avec du silicone (chassis/TAS). Les interactions entre la surface du cheveu et quatre groupes fonctionnels chimiques - méthyle (-CH3 ), acide (-COOH), amine (-NH2) et hydroxy (-OH) ont été quantifiées à l'air et en milieu aqueux par microscopie à force chimique, une méthode basée sur la microscopie à force atomique (AFM). RÉSULTATS: L'adhésion de surface sur cheveu à l'air est dominée par la force capillaire qui est déterminée par la mouillabilité de la fibre capillaire (hydrophobe vs. hydrophile), la présence de dépôts, et la fonction chimique du cantilever. La force capillaire diminue et est remplacée par des interactions électrostatiques quand des groupes polaires sont présents à la fois sur le cheveu et le cantilever. Une autre force - l'interaction hydrophobe, joue un rôle majeur quand un cheveu non-traité / vierge et un cantilever de fonction hydrophobe se rencontrent en milieu aqueux.
Conclusions: Les résultats obtenus à partir de cantilevers de différentes fonctions chimiques, montrent que l'interaction hydrophobe joue un rôle clé dans l'application de produit capillaire sur cheveux non-traité tandis que les interactions électrostatiques sont prédominantes dans le cas de cheveux traités chimiquement. La conformation interfaciale des composés chassis avant déposition est déterminée par les propriétés de surface du cheveu. Notre étude souligne la présence potentielle de différents groupes polaires, pas nécessairement chargés négativement, sur la surface de cheveux endommagés. A l'inverse des méthodes conventionnelles d'analyse chimique de surface, il est possible d'évaluer quantitativement la conformation interfaciale de dépôts d'agents actifs présents à la surface du cheveu, ce qui permet d'identifier les zones cibles pour l'application d'après-shampoing sur différents types de cheveux.
Keywords: formulation; hair treatment; polymer; spectroscopy.
© 2023 The Authors. International Journal of Cosmetic Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Cosmetic Scientists and Societe Francaise de Cosmetologie.