Разработка физико-химических основ технологии крашения натуральных волос тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Путина, Надежда Викторовна

• Путина, Надежда Викторовна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Путина, Надежда Викторовна

1. Введение.

2. Обзор литературы.

3. Экспериментальная часть.

3.1 Использованные красители и их характеристики.

3.2 Объекты исследования.

3.3 Методы спектральных исследований.

3.4 Методы исследования гидратации и набухания волоса.

3.5 Методы определения ^-потенциала натурального волоса и поверхностного натяжения.

3.6 Методика определения диаметра волоса методом оптической дифракции.

3.7 Препарирование образцов волос для исследования их методом оптической микроскопии.

4. Обсуждение результатов.

4.1. Гидратация и набухание волоса.

4.2. Определение поверхностного электрокинетического потенциала (^-потенциал) натурального волоса.

4.3. Разработка физико-химических основ технологии крашения натуральных волос.

4.3.1. Физико-химические закономерности сорбции красителей различного типа на волосы.

4.3.2. Физико-химические закономерности технологии крашения натуральных волос катионными красителями.

4.3.2.Физико-химические закономерности технологии крашения натуральных волос нитрокрасителями.

4.3.4.0сновные физико-химические закономерности технологии крашения волос субстантивными красителями.

4.4. Разработка колориметрических основ технологии крашения натуральных волос.

4.4.1. Исследование спектров поглощения меланина различного типа волос и их взаимосвязь со спектрами диффузного рассеяния.

4.4.2. Спектры диффузного отражения и цвет окрашенных волос.

4.4.3. Цветовые характеристики натуральных и окрашенных волос в системах МКО и CIELAB. Колориметрические основы технологии крашения волос.

4.4.4. Методы оценки потребительских свойств красок для волос.

5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка физико-химических основ технологии крашения натуральных волос»

По своей структуре натуральные волосы во многом близки к классическим белковым волокнам, таким как шерсть и шелк, однако требования ккрасящим составам для волос, а также к проведению процесса крашенияимеют существенные отличия. Технология применения средств по окрашиванию волос консервативна и достаточно жестко регламентирована.Связано это, в первую очередь, с тем, что крашение волос является определенным воздействием на живой организм. В связи с этим процесс имеетограничения по температурному режиму, величине рН, продолжительности, типу красителей и т.д. Немаловажную роль играют и специфическиесубъективные факторы, такие как ощущение потребителя при применениипрепарата и визуальная оценка результатов крашения.Рынок производства и потребления красок для волос в России в последние годы развивается интенсивными темпами и занимает в настоящеевремя одно из лидирующих положений в косметической отрасли. Развитиепроизводства приводит, в свою очередь, к возрастанию интереса производителей в совершенствовании составов и технологий окрашивающих косметических средств, позволяющих выпускать высококачественную продукцию, способную конкурировать с импортными образцами.Разработка и производство качественных красок для волос требуетобъединения специфических знаний из различных областей химическойнауки (физической, органической химии, химии красителей, биохимии),физиологии и химической технологии. Понимание механизмов связываниякрасителя с белком волоса, а также сопровождающие процесс крашенияхимические и физико-химические процессы, является основой в разработкевысокоэффективных красящих рецептур. В настоящее время имеющиеся влитературе данные по этим вопросам разрознены и подчас противоречивы.Проблема крашения волос требует рассмотрения широкого круга вопросов. Это связано с процессами, которые протекают при крашении во4лос. Так, на практике крашение проходит в водной среде и сопровождаетсянабуханием волоса и, соответственно, гидратацией белков, составляюшихволос. Поэтому, существенное внимание в данной работе уделено изучению процессов сорбции и диффузии воды в волос.Определяюшую роль в связывании красителей с волосом играет С,потенциал поверхности белка волоса, которое также оценивалось в даннойработе.Особое внимание уделено колориметрической оценке результатовкрашения. Для этого привлечены современные методы спектроскопиидиффузного отражения и промышленной колориметрии.На основе проведенных исследований разработаны методы оценкипотребительских свойств продукта, таких как стойкость крашения, равномерность окрашивания и закрашивание седины.Разработка физико-химических основ технологии крашения натуральных волос, установление физико-химических закономерностей данного процесса и их количественное описание будут способствовать разработке новых эффективных красящих составов для волос и повышению конкурентной способности продукции отечественного производства. Это, на нашвзгляд, определяет актуальность данной работы для систематизации нашихзнаний в области крашения волос и развития современного косметическогопроизводства.5

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Путина, Надежда Викторовна

Выводы.

1. Проведено комплексное исследование процессов гидратации человеческого волоса. Изучены кинетика и диффузия паров воды в натуральный волос. Для волос различного типа рассчитаны физико-химические параметры, измерены изостерические теплоты сорбции воды, определена свободная энергия сорбции и эффективная энергия активации диффузии паров воды. Предложен механизм протекания физико-химических процессов в зависимости от типа волос.

2. Методами низкотемпературной адсорбции аргона была определена удельная поверхность и пористость волос различного типа, и установлена взаимосвязь между размером пор и эффективностью диффузии молекул красителей различного размера.

3. Определены механизмы связывания молекул красителя с белковыми волокнами волоса в процессе крашения. Изучено влияние на процесс крашения различных факторов (ПАВ различной природы, регуляторов рН).

4. Изучены физико-химические закономерности крашения волос красителями различной природы и адаптированы в существующие красящие рецептуры на производстве.

5. Установлена взаимосвязь между спектральными и колориметрическими характеристиками окрашенных волос. Было определено, что функция Кубелки-Мунка аддитивна и линейна в широком диапазоне концентраций адсорбированного красителя и может быть эффективно использована для количественной оценки процессов сорбции и прогнозирования результатов крашения.

6. Колориметрическими и спектроскопическими методами показано, что все натуральные оттенки натуральных волос жителей средней полосы России (от светлых волос до темных) характеризуются одной и той же доминирующей длиной волны 585 нм. Исключение составляют волосы рыжих оттенков, характеризующая доминирующей длиной волны 600 нм.

7. Впервые рассмотрены колориметрические аспекты крашения волос различного исходного оттенка. Проведена адаптация современных существующих и разработаны новые колориметрические методы для прогнозирования результатов крашения волос и их использования в практике технического контроля качества конечной продукции в косметическом производстве.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Путина, Надежда Викторовна, 2007 год

1. Шульгина Е.А. Волосы. Строение. Физиология. // Труды научно-практического семинара «Современные проблемы технологии косметических средств». М.:, 1999. № 1.С. 4-5.

2. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение,1987.815 с.

3. De Polo K.F. A Short Textbook of Cosmetology. H.: Ziolkowsky GmbH, Augsburg. Germany, 1998. 475 c.

4. Шкловский M. H. Повреждение волос: симптомы и причины. // Косметика и медицина. 1998. № 6 С.21-24

5. Новорадовская Т. С., Садова С.Ф. Химия и химическая технология шерсти. М.: Легпромиздат, 1986.200 с.

6. P. Morganti G. Morganti. 6ТН Congress of the EUROPAN society for pediatric dermatology. Рим. 1999.

7. Эскубе M, Пинери М., Сравнение изменений массы и энергии при сорбции воды коллагеном и кератином. // Вода в полимерах. «Мир» М.: 1984. С. 239-254

8. Сафонов В.В. Химическая технология отделочного производства. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2004. С. 32.

9. Павлов СЛ. Шевченко ИМ. Павлова JI.B. ХретининаН.В. (Путина Н.В.) Изучение меланина человеческого волоса, Спектральные, парамагнитные, оптические свойства и фотохимические реакции.// Успехи в химии и химической технологии. Вып. XIV М.: 2000. С.56-58.

10. Бриттон Г. Меланины. Биохимия природных пигментов. М.: «Мир» 1986. С.259-279

11. Химическая энциклопедия под ред. Кнунянца И.Л. М.: Большая Российская энциклопедия. 1998. т.З С. 22-23.

12. Сафонов В.В. Третьякова А.Е. Шкурихин ИМ. Биопроцессы и комплексообразование в отделке текстильных материалов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2004. С. 13

13. Д.Ф. Корберт Красители для волос, под ред. К. Венкатарамана Химия синтетических красителей. Л.: «Химия» 1977. Т.5 С. 421-456.

14. Wis-Surel G.M. Требования к современным композициям для крашения волос. // International Journal of Cosmetic Science. 1999. №21 С. 327340.

15. KympuT., Ронгонг JI. Изучение обработанных и окрашенных волос. // Dyes and Pigments. 1995. №1 С. 23-44.

16. Won-Soo Lee. Структурное исследование поврежденных волос после обработки стойкими красками и их восстановление./УШегпайопа1 Journal of Dermatology. 2002. № 41. С.88-92.

17. Wetz P. W. Integral lipids of hair and stratum corneum. // EXS. 1997.78 C. 227-237.

18. E. И. Эрнандес, А.А. Марголина, A.O. Петрухина. Липидный барьер кожи и косметические средства. ООО «Фирма Клавель» М.:, 2003. 340 с.

19. Чемпен Б.М. Обзор механических свойств кератиновых волокон. // Textile Institute. 1969. №. 60 С. 181-207

20. Бройер М., Бюра Е., Фуксон А. Изменение объема при связывании воды фибриллами волос. Вода в полимерах. «Мир» М.: 1984. С. 304-314.

21. WattI.C., LeederJ. //Textile Institute. 1968. № 59 353 е.

22. Rosenbaum S. I I Polymer Sci. 1970. № 31 45 c.23. CIE // 1986. № 2 C. 41-56

23. ГОСТ 896-69. Метод определения блеска покрытий.

24. Международный стандарт. ISO 2813-1978 Е. Измерение зеркального блеска неметаллических пленок краски при 20°С, 60°С и 85°.

25. Международный стандарт. ASTM D523-78. Стандартный метод испытания зеркального блеска.

26. Вертушкин В. К. Установка высшей точности для измерения единиц блеска. // Светотехника. М.: 1993. № 3. С. 7-9.

27. Павлов C.A. Путина Я.В.Окрашивание волос: технология и творчество. (частьЗу/Les Nouvelles Esthetigues (русское издание) 2005. № 3 С.108-114.29. Патент USA № 5 419627

28. Маршер С. Дженсен Н., Рассеяние света человеческим волосом. // Worley Laboratories Stanford University. 2002. С. 1-11.

29. Stamm R.F., Garcia В. A, Fuch J.J. The optical properties of human Hair// Cosmet. Chem. 1977. № 28 C. 571-599

30. Павлов C.A. Путина H.B. Окрашивание волос: технология и творчество (часть 2)// Les Nouvelles Esthetigues (русское издание). 2005. №2 С.152-164.

31. Хелен К., Бустард В. Исследования в рассеянии света человеческим волосом. // Applied Optics № 24 1991. С 34-37.

32. Kass G. The Chemistry and Manufacture of Cosmetics. Second Edition. Florida: 1993. C. 841- 920.

33. Holmes A.W. II Soc. Cosmetic Chemists. 1964. №15. 595 c.

34. И.Н. Шевченко, E.A. Авинкина K.E., Хретинина H.B.(Путина H.B.) C.A. Павлов. Структура и пористость седых и здоровых волос и их диффузно-сорбционные свойства. // Успехи в химии и химической технологии. Вып. XIV, М.: 2000. С.59-61

35. Monnet G. Фр. Патент № 158558 1883.

36. Мельников Б. II., Виноградов Г.И., Применение красителей. М.: «Химия» 1986. 240 с.

37. Степанов Б. И. Введение в химию и технологию органических красителей. М.: «Химия» 1977. 488 с.

38. Павлов С.А. Путина Н.В. Окрашивание волос: технология и творчество. //LesNouvelles Esthetigues (русское издание). 2005. № 1. С.128-134.

39. Council Directive of July 1976 on the approximation of the law of the Member State relating to cosmetic products (76/768/EEC)-OJL262,27.9.1976. P. 169.

40. Федеральный закон «О техническом регулировании» № 184 ФЗ от 27 декабря 2002г.

41. Виккерстафф Т. Физическая химия крашения. Государственное научно-техническое издательство министерства легкой промышленности СССР. М.: 1956. 573 с.

42. Джайлс Ч. Адсорбция красителей. М.: Мир 1986.450 с.

43. Беленький Л.И. Теория крашения и опыт ее практического применения. М.: Государственное научно-техническое издательство министерства легкой промышленности СССР. 1958. 189 с.

44. Гелъфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. СПб: Издательство «Лань». 2003. 336 с.

45. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Химия. 1982.400 с.

46. Химическая энциклопедия в 5-ти томах под ред. Кнунянца И.Л. М.: Научное издание «Большая Российская энциклопедия» 1998. Т. 1 С.5

47. Кричевскш Г.Е., Корчагин М. В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат 1985. 640 с.

48. Мялкин А.Я. Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. М: Химия. 1979. С.257-262.

49. Щукин Е.Д. Перцов А.В. Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высшая школа. 2006. 444 с.

50. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.:Мир. 1979. 553 с.

51. Салем P.P. Теория двойного слоя. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2003.104 с.

52. Стромберг А.Г. Физическая химия. М.: Высш. Шк. 2003. 527с.

53. Александер П., Хадсон Р.Ф. Физика и химия шерсти. М.: Гизлег-пром. 1958.390 с.

54. Джад Д. Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М.: «Мир». 1978.592 с.

55. Беленький Л.И. Овечкис Н.С. Применение цветоведения в текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия . 1970. 4.1 262с.

56. Кривошеее М.И., Кустарев А.К. Световые измерения в телевидении, М.: Энергоатомиздат. 1990. 340 с.

57. Ашкенази Г.И. Цвет в природе и технике. М.: Энергоатомиздат. 1985. 94с.

58. Ивенс Р. Ральф М. Введение в теорию цвета. М.: Мир. 1964. С.4.

59. Цойгнер, Герхард. Учение о цвете. М.: Стройиздат. 1971. 159с.

60. Кириллов Е.А. Цветоведение.М.: Легпромиздат. 1087.127с.

61. Нагибина ИМ. Москалев В.А. Полушкина Н.А. Рудин B.JI. Прикладная физическая оптика. М.: Высш. Шк. 2002. 565с.

62. Grassmann Н., Zur Theorie der Farbenmischung, Poggendorffs.// Phil Mag №7.1853. C.254-260.

63. WWW.Realcolor.ru Основы теории цвета 2004г.

64. Шашилов Б.А. Цвет и цветовоспроизведение. М. : Мир книги 1995.350 с.

65. Wyszecki G., Stiles W., Color Science. Consepts and Methods, Quantitative Data and Formulas, Wiley, New York, 1967.

66. Burhman R., Prediction of shifts in color appearance with s chadge from daylight to tungsten adaptacion, // Opt. Soc. Am. 49. 1959. 254 c.

67. Burhman R., Evans R., Newhall., Influences on color appearance with different to illumination . // Opt. Soc. Am, 42. 1952. 596 c.

68. Burhman R., Evans R., Newhall., Influences on color appearance with different to illumination, // Opt. Soc. Am, 47.1957. 35 c.

69. Wyszecki G., II Beitrag zur valen zmetrischen untesuchung der Um-stimmung. 1954. № 3.93 c.

70. Wassef E., Aziz E., Changes the position of the invariant colours with the adaptation of the eye , optica Acta, 1960. 431c.

71. Kubelka P., Munk F. Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche. 1931.593 c.

72. Foote W. Simple method for prediching the brihtneess of mixed pulp furnishes. // Paper Trade . TS 35 1946 C. 122-124

73. Saunderson J. Calculation of the color pigmented plastics, //. Opt. Soc. Am. 1942. 727 c.

74. GunliffeP. Lambert P.N. //J.S.D.C. XL №11. 1929. C. 35

75. Giles A.O. //Text. Res. V 31 №8 1961. C. 67.

76. Горшков П.В. Шурыгина М.А., Яблокова С.Н., ИвановаЛ.Ф. //Труды Ивановского НИИ х/б промышленности № 24.1960. 122 с.

77. Мак-Дональд Р. Цвет в промышленности М.: Логос 2002. 596 с.

78. Паспорт на спектроколориметр «Пульсар». Чирчикское ОКБА НПО «Химавтоматика» i 979. 51с.

79. Ким. В.Е. Уродский А.С. Практикум по технологии косметических средств. М.: Топ-Книга. 2002.С. 15-16.

80. Панов В.А. Андреев JI.H. Оптика микроскопов. Расчет и проектирование. Л.: Машиностроение. 1981. 432 с.

81. Shangrao TeleView Optical Instruments Co., Ltd. Цифровая камера-окуляр для микроскопа. Модель DM С300. Техническое описание.

82. Lunch L.J. Haly A.R., Kolloid Zeitschrift und Zeitschrift fur polymere, 1970.239 c.

83. Bendit E.C., Biopolymers. 1966. №4. 539 c.

84. Levegue J.L. Garson J. С. Boudouris G. Biopolymers, 1977. №16, 525 c.

85. Lunch L.J., Marsden K.H., II Chem. Phys. 1970. № 61.349 c.

86. Павлов С.А., Хретинина H.B. (Путина H.B.), Павлова JI.B. Краски для волос: колористика крашения, оптические и потребительские свойства.// Косметические средства и сырье XXI век. Тезисы докладов. М.: 2000. С. 54

87. Дубинин М.М. Капиллярные явления и информация о пористой структуре адсорбентов.// Современная теория капиллярности. JL: Хи-мия.1980. С. 100-126.

88. Кировская И. А. Адсорбционные процессы. Иркутск: Изд-во Иркутского ун-та. 1995. С.98-112.

89. Дубинин М. М. Адсорбция и пористость. М.: Высшая краснознаменная академия химической защиты им. Маршала С. Тимошенко. 1972. 123 с.

90. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир. 1984.306 с.

91. Кастро Д. Брунауэр С., Коупленд Л. Определение площади поверхности по методу БЭТ и истолкование результатов. // Межфазная граница газ-твердое тело. М.: Мир. 1970. С.347-358.

92. Волков В.А. Щукина Е.Л. Задачи и расчеты по коллоидной химии. М.: МГТУ им А.Н. Косыгина. 2006. С. 95-122.

93. Эйзенберг Д. Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: ГИДРО-МЕТЕОИЗДАТ. 1975. С. 8-10.

94. Байбуртский Ф.С. Лунина М.А. Коллоидно-химические закономерности взаимодействия частиц магнитных жидкостей с поверхностью натуральных волокон.М.: РХТУ им. Менделеева. Bayburt @ mail.ru.

95. Чичибабаин А.Е. Основы начала органической химии. М,: Государственное научно-техническое издательство химической литературы. 1957. Т. II С.247-248.

96. Богословский Б.М. Лаптев Н.Г. Химия красителей. М.: Госуд. научно-техническое изд-во по легкой промышленности. 1957. С. 162-166.

97. Травень В.Ф. Органическая химия. М.: ИКЦ «Академкнига». 2005. Т. 2 С. 348-354.

98. Щеглова Т.JI. Мельников Б.Н. Белокурова О.Л. Лабораторный практикум по применению красителей. Иваново: Ивановский госуд. Химико-технологический Университет. 2002.108с.

99. Агеев А.А. Волков В.А. Поверхностные явления и дисперсные системы в производстве текстильных материалов и химических волокон. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2004. 464с.

100. Плетнев М.Ю. Косметико-гигиенические моющие средства. М.: Химия 1990. 272с.

101. Шинода К. Накагава Т. Тамамуси Б. Исемура Т. Коллоидные поверхностно-активные вещества. М.: Мир. 1966. 320 с.

102. Гайдуков Качественный анализ многокомпонентных смесей кислотных красителей по спектрам отражения окрашенных шерстяных волокнистых материалов. Московский Текстильный институт. 1968г.

103. Сафонов В.В. Химическая технология отделочного производства. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2002г. 280с.

104. Запрещенные красители, обозначенные нормативным международным, Директивами ЕЭС.1. Окислительные красители.в ЕЭС Краситель241 2-нафтол242 1 и 2 нафтиламин и его соли250 Нитрокрезолы268 Пикриновая кислота

105. The Sigma-Aldrich Handbbok CAS №of Stains, Dyes and Indicators)378 Sudanll C.1.12140c. 654) CAS №3118-97-6379 Sudan IV C.I. 26105c. 658) CAS № 85-83-6

106. Basis Violet 3 C.I. 42555 (CI 42555-1c.239) CI 45555-2) CAS № 548-62-9387 Acid Yellow 36 CI 13065c.446) CAS №587-98-4388 Methyl Violet 2B CI 42535

107. Basic Violet 1 CAS № 8004-87-3c. 470)389 Solvent Blue 35 CI 615541,4-Bis(buty lamino)-9,10- CAS № 17354-14-2anthracenedione

108. Rhodamine В CI 45170 (CI 45170-1)

109. Basic Violet 10 CAS № 81-88-9c.628)