Haarschmuck

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Hintergrund

Haarsprays gehören zu einer Klasse von Körperpflegeprodukten, die dem Haar helfen, den gewünschten Stil zu halten. Diese Produkte enthalten filmbildende Inhaltsstoffe, die als feiner Nebel aufgetragen werden. Beim Trocknen bilden diese Chemikalien winzige kleberähnliche Flecken, die die Haarschäfte zusammenhalten. Haarsprays werden als Aerosole formuliert, die durch Druckgase angetrieben werden, oder Nicht-Aerosole, die durch manuelles Drücken einer Pumpe abgegeben werden.

Verlauf

Frauen verwenden seit der Antike natürliche Verbindungen (wie Tonerde und Zahnfleisch), um ihr Haar an Ort und Stelle zu halten. Das moderne Haarspray wurde erst geboren, als während des Zweiten Weltkriegs von der US-Armee Aerosol-Spray-Behälter entwickelt wurden. Die Armee hat diese Technologie entwickelt, um Insektizide auf großen Flächen zu versprühen. Im Laufe des nächsten Jahrzehnts verbreitete sich die Aerosoltechnologie auf andere Branchen wie Farben und Beschichtungen und Körperpflege. Die ersten kommerziellen Haarsprays wurden Ende der 1940er Jahre auf den Markt gebracht. Diese frühen Produkte verwendeten Schellack, ein natürliches Harz, um das Haar an Ort und Stelle zu halten. In den letzten 50 Jahren haben Forscher sowohl die Qualität der Haarspray-Inhaltsstoffe als auch der Aerosol-Verpackungen, mit denen sie geliefert werden, verbessert. Haarsprays sind inzwischen ein wichtiger Bestandteil des Haarpflegemarktes.

Rohstoffe

Holdingagenten

Haarsprays wirken, indem sie das Haar mit Polymeren beschichten, bei denen es sich um langkettige chemische Verbindungen handelt. Polymere werden manchmal Harze genannt, weil in den ersten Haarsprays natürliche Harzmaterialien (wie Schellack) verwendet wurden. Die Schlüsseleigenschaft, die Polymere als Haarhaltemittel nützlich macht, ist ihre Fähigkeit, beim Trocknen Filme zu bilden. Sobald das Haarspray auf das Haar aufgetragen wurde, laufen die flüssigen Tropfen den Haarschaft hinunter, bis sie den Schnittpunkt zweier Haarfasern erreichen. Wenn die Tropfen an dieser Faserkreuzung trocknen, bilden sie einen unsichtbaren Film, der die Haare zusammenhält.

Chemiker können bei der Entwicklung von Haarstylingprodukten aus vielen verschiedenen Polymeren wählen. Zum Beispiel ist Polyvinylpyrrolidon (auch bekannt als PVP) ein übliches Polymer, das in Haarstylingprodukten verwendet wird. Es bietet jedoch keinen starken Halt und neigt dazu, Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen. Um Abhilfe zu schaffen, kombinieren Chemiker PVP mit einem anderen Polymer, Vinylacetat. Die resultierende Mischung, PVPVA, ist ein Copolymer mit verbesserter Feuchtigkeitsbeständigkeit und hält daher Locken besser. Wenn sie jedoch nicht richtig formuliert sind, können PVPVA-Copolymere so wasserfest sein, dass sie schwer aus dem Haar auszuwaschen sind. Ein weiteres übliches Copolymer wird aus Vinylacetat und Crotonsäure hergestellt. Dieser Inhaltsstoff ist beliebt, weil er das richtige Gleichgewicht zwischen Härte, Löslichkeit und Feuchtigkeitsanfälligkeit bietet.

Lösungsmittel

Lösungsmittel machen den größten Gewichtsanteil eines Aerosol-Haarsprays aus. Sie dienen als Träger für die Wirkstoffe in der Formulierung und werden aufgrund ihrer Verträglichkeit mit den chemischen Wirkstoffen und dem Treibmittel ausgewählt. Wasser ist aufgrund seiner geringen Kosten ein beliebtes Lösungsmittel. Leider brauchen Formulierungen, die Wasser enthalten, länger zum Trocknen und sind in vielen Treibmittelsystemen weniger löslich. Wasser erhöht auch die Wahrscheinlichkeit von Korrosion im Inneren der Dose. Ethanol, obwohl etwas teurer, ist ein weiteres beliebtes Lösungsmittel. Ethanol gehört jedoch zur Klasse der flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), deren Verwendung in Aerosolen eingeschränkt wurde, weil sie zur Luftverschmutzung beitragen. Bis heute wurden keine akzeptablen Ersatzlösungsmittel zugelassen.

Zusatzstoffe

Haarsprays enthalten neben Polymeren und Lösungsmitteln eine Reihe von chemischen Zusatzstoffen. Beispielsweise werden Weichmacher zugesetzt, um die Wirkung von Polymeren zu modifizieren. Dazu gehören Chemikalien wie Isopropylmyristat, Diethylphthalat und Silikone, die Haarsprayfilme flexibler und weniger spröde machen können. Neutralisations- und Korrosionsschutzmittel wie Aminomethylpropanol (AMP), Ammoniumhydroxid, Morpholin, Cyclohexylamin und Boratester werden hinzugefügt, um die Löslichkeit des Harzes zu kontrollieren und zu verhindern, dass das Innere der Dose rostet.

Treibmittel

Treibmittel sind, wie der Name schon sagt, dafür verantwortlich, das Haarspray aus der Dose zu schleudern. Dies sind Gase, die unter niedrigem Druck in der Dose gespeichert werden können. Ursprünglich wurden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) verwendet, die jedoch aufgrund ihrer mutmaßlichen Mitschuld am Abbau der Ozonschicht in der oberen Atmosphäre verboten wurden. Als Ersatz für FCKW wurden Kohlenwasserstofftreibstoffe wie Butan und Propan verwendet. Diese Gase sind Mischungen aus Butan und Propan, die einen bestimmten Druck in der Dose erzeugen sollen. Das Treibmittel Butan 40 ist beispielsweise eine Mischung aus Butan und Propan mit einem Dampfdruck von 40 lb/in ² (18 kg/cm ² ). Kohlenwasserstofftreibstoffe waren bis in die 1980er Jahre äußerst beliebt, als Kalifornien und einige andere amerikanische Staaten begannen, Gesetze zu erlassen, wie viele dieser Gase in Haarsprays verwendet werden dürfen, da sie nachweislich zur Luftverschmutzung beitragen. Diese Gesetzgebung führte zu einer verringerten Verwendung von Kohlenwasserstoffen.

Wissenschaftler von Dupont haben eine neue Klasse von Treibmitteln entwickelt. Diese sind als Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) bekannt und haben viele der Eigenschaften von FCKW, sind aber nicht so umweltschädlich. Beliebte HFKW sind 1,1,-Difluorethan (Treibmittel 152A) und 1, 1, 1, 2,-Tetrafluormethan (Treibmittel 134A). Obwohl sie relativ teuer sind, werden sie verwendet, um schnell trocknende Haarsprays zu formulieren.

Verpackung

Aerosol-Haarsprays wurden traditionell in Behältern aus verzinntem Stahl oder Aluminium verpackt. Die Verpackung ist mit einem Ventil ausgestattet, das sowohl die Dose verschließt als auch den Inhalt ausgibt. Das Ventil ist mit einem Tauchrohr aus Kunststoff verbunden, das das flüssige Produkt durch die Dose nach oben befördert. Der obere Teil des Ventils ist mit einem Knopf oder Betätigungselement ausgestattet, der gedrückt wird, um das Ventil zu öffnen und das Produkt freizugeben.

Das Ventil selbst ist ein sehr kompliziertes Gerät. Es besteht aus einem Körperteil mit einem Schwanzstück, das am Tauchrohr befestigt wird. Der zentrale Teil des Ventilkörpers dient als Mischkammer, in der sich Treibmittel und flüssiges Konzentrat vermischen. Dieser Mischvorgang ist sehr turbulent und hilft dabei, das Haarspray in einen sehr feinen Nebel zu zerteilen. Oben am Ventilkörper befindet sich ein Schaft, der das Produkt aus der Mischkammer in den Ausgabeknopf fördert. Die gesamte Ventilbaugruppe ist in einem metallischen Becher untergebracht, der ein ringförmiges Stück entweder aus Aluminium oder Weißblech ist.

Design

Chemiker müssen bei der Entwicklung von Haarspray-Formulierungen mehrere Schlüsselparameter berücksichtigen, darunter Wirksamkeit, Sicherheit, Kosten, Verbraucherattraktivität und behördliche Überlegungen. Die Funktionalität des Produkts ist ein wichtiger Aspekt. Formulierende Chemiker haben Hunderte, wenn nicht Tausende von Inhaltsstoffen zur Auswahl. Sie beginnen mit der Auswahl eines Harzes, das den gewünschten Halt verleiht, und kombinieren es mit Weichmachern und anderen Inhaltsstoffen, die dem Haar das richtige Gefühl verleihen.

Damit ein Polymer ein gutes Stylingharz ergibt, muss es bestimmte Eigenschaften aufweisen. Es muss einen haftenden Film auf dem Haar hinterlassen, der sich dennoch leicht abwaschen lässt; es muss das Haar flexibel halten, damit sich das Haar bewegen kann, ohne den Film zu brechen; es muss transparent sein, damit es den natürlichen Glanz des Haares nicht verringert; es sollte beim Bürsten der Haare nicht abblättern; und es darf keine Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen und klebrig werden.

Da die in Haarsprays verwendeten Inhaltsstoffe über einen längeren Zeitraum mit der Haut in Kontakt kommen können, müssen sie nicht reizend und nicht sensibilisierend sein. Um sicherzustellen, dass sie beim Einatmen nicht gefährlich sind, A. Druckluftgebläse. B. Druckprüfer. C. Produktfüller. D. Luftabsaugung. E. Drehverschließer. F. Füllventil für den Treibgasdruck. ihre medizinische Sicherheit kann durch Inhalationsversuche an Tieren bestimmt werden, obwohl eine zunehmende Zahl von tierversuchsfreien alternativen Tests verfügbar wird. Dies ist bei Nicht-Aerosol-Produkten weniger problematisch, da die vom Pumpspender erzeugten Partikel viel größer sind als die von unter Druck stehenden Gasen und daher weniger wahrscheinlich in die Lunge gelangen. Aus dem gleichen Grund können Nicht-Aerosole feuchter und klebriger sein als ihre Aerosol-Gegenstücke.

Chemiker entwickeln Haarsprays, die durch angenehme Düfte und einfach zu handhabende Verpackungen für den Verbraucher attraktiver sind. Einige Düfte sind so konzipiert, dass sie den Geruch der Chemikalien in der Formulierung einfach überdecken; andere sind so konzipiert, dass sie stark duften. Auch die Gestaltungsmöglichkeiten der Verpackung tragen zur Steigerung der Ästhetik des Produkts bei. Dazu gehören einfach zu bedienende Spender wie Kippventile und große Betätigungsknöpfe.

Normalerweise sind Haarsprays so konzipiert, dass sie 8 oz (237 ml) Produkt abgeben, aber es sind sowohl kleinere als auch größere Größen erhältlich. Der Druck in der Dose liegt im Allgemeinen zwischen 40 und 80 lb/in ² (18 und 36 kg/cm ² ) je nach verwendetem Treibmittel. Es ist auch wichtig zu beachten, dass Haarsprays auf eine Mindesthaltbarkeit von drei Jahren ausgelegt sind, aber bekanntermaßen fünf Jahre und länger halten.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die Herstellung von Aerosol-Haarspray erfordert hochautomatisierte Anlagen. Aufgrund der Kosten, die mit dem Betrieb dieser Geräte verbunden sind, entscheiden sich die meisten Haarspray-Vermarkter dafür, ihre Produkte von spezialisierten Anbietern herstellen zu lassen, die als Vertragshersteller bekannt sind.

Stapelverarbeitung

• 1 Während des Herstellungsprozesses wird die Rezeptur als flüssiges Konzentrat in großen Batchtanks aus Edelstahl, beschichtetem Aluminium oder glasfaserverstärktem Polyester hergestellt. Diese Chargen können bis zu 2.000 Gallonen (7.5701) betragen. Die Tanks sind mit einem großen Turbinenmischer mit Schaufeln von mehreren Fuß Durchmesser ausgestattet. Das Lösungsmittel wird zuerst in den Tank gefüllt und dann gefolgt von den anderen Inhaltsstoffen. Das Lösungsmittel macht den größten Anteil der Formel aus und kann mit 80 Gew.-% oder mehr vorhanden sein. Die Konzentration anderer Inhaltsstoffe reicht von einigen Zehntelprozent für einige der pH-Kontrollmittel über einige Prozent für Duftstoffe bis zu ungefähr 10 % für das Harz. Abhängig von der Löslichkeit der Inhaltsstoffe in der gegebenen Formel kann dieser Mischschritt nur 30 Minuten oder sogar mehrere Stunden dauern. Da einige der Zutaten in Pulverform vorliegen, muss die Mischung während des Dosiervorgangs sorgfältig überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie sich richtig auflösen. Nachdem das Mischen abgeschlossen ist, wird das Konzentrat getestet, um sicherzustellen, dass es den Spezifikationen entspricht, und wird dann vor dem Abfüllen in einen Vorratstank überführt.

Füllung

• 2 Auf den Abfüllmaschinen werden die Verpackungskomponenten bereitgestellt. Während sich die leeren Dosen über das Förderband bewegen, entfernt ein Druckluftstrahl Schmutz und Staub.
• 3 An der nächsten Stufe der Abfülllinie gibt es eine Reihe von Düsen, die als Füllköpfe bekannt sind und mit Rohren verbunden sind, die das flüssige Konzentrat aus dem Tank, in dem es gelagert wird, transportieren. Ein Kolbenmechanismus spritzt eine präzise Flüssigkeitsmenge in die Dose.
• 4 Die Dosen fahren die Linie hinunter zur nächsten Station, wo zwei Aktionen gleichzeitig stattfinden. Das gasförmige Treibmittel wird in die Dosen geschossen und der Ventilbecher wird sofort gebördelt. Der Metallbecher wird an der Öffnung der Dose auf den Rand gebördelt. Diese dichte Abdichtung verhindert das Austreten von Gas und Flüssigkeit.
• 5 Nach dem Begasungsvorgang werden die Dosen durch einen langen Trog geführt, der mit heißem Wasser gefüllt ist. Während sich die Dosen langsam unter Wasser bewegen, werden sie visuell auf austretende Blasen überprüft, die auf eine schlechte Ventildichtung oder eine undichte Dose hinweisen würden. Undichte Dosen werden in dieser Phase der Operation entfernt.
• 6 Nach dem Austritt aus dem Wasserbad werden die Dosen durch Druckluftstrahlen getrocknet. Am Ende der Füllleitung wird eine Kappe über das Ventil gestülpt; Dies verhindert, dass das Aerosol während des Versands versehentlich aktiviert wird.
• 7 Schließlich werden die fertigen Einheiten in Kartons verpackt und für den Versand auf Paletten gestapelt.

Nebenprodukte/Abfälle

Die offensichtlichsten Nebenprodukte von Aerosol-Haarspray sind die umweltschädlichen VOCs, die in die Atmosphäre emittiert werden. Neben dem Abbau der Ozonschicht werden diese chemischen Nebenprodukte auch beim Inhalationsmissbrauch eingesetzt. Obwohl Unternehmen Alternativen (wie manuelle Pumpsprays) entwickelt haben, bevorzugen und verwenden viele Verbraucher die Aerosoldose.

Qualitätskontrolle

Während des Herstellungsprozesses werden Proben aus der Förderstrecke gezogen und überprüft, um sicherzustellen, dass sie alle Spezifikationen erfüllen. Zu den wichtigsten überwachten Eigenschaften zählen das Füllgewicht, die Wirkstoffkonzentration und der Dosendruck. Sprüheigenschaften wie die Sprührate (die pro Sekunde abgegebene Produktmenge) und das Sprühmuster (die physikalische Größe und Form des Sprühnebels) werden ebenfalls überwacht. Um sicherzustellen, dass die Dosen beim Spritzen nicht verstopfen und frei von innerer Korrosion bleiben, werden Langzeitstabilitätstests durchgeführt.

Die Zukunft

Die Zukunft von Haarsprays hängt nicht nur von Marktüberlegungen ab, sondern auch von den regulatorischen Maßnahmen der Landes- und Bundesbehörden. Seit den 1970er Jahren hat die Branche mit den strengen Einschränkungen der Regierung zu kämpfen. Um diese Einschränkungen zu umgehen, experimentieren Forscher weiterhin mit Polymeren, die in umweltfreundliche Formeln auf Wasserbasis eingearbeitet werden können. Darüber hinaus evaluieren sie mehrere nicht-traditionelle Aerosolabgabesysteme, die weniger Schadstoffe in die Atmosphäre freisetzen. Pumpsprays sind die bekannteste Alternative zu Aerosolen und funktionieren durch die physikalische Kraft, die entsteht, wenn eine Feder in der Pumpe zusammengedrückt wird. Andere Aerosol-Alternativen umfassen das Bag-in-the-Can-System, das die physikalische Kraft einer gedehnten Gummiblase nutzt, um den Inhalt zu versprühen. Vermarkter von Haarsprays werden weiterhin auf Spitzentechnologie wie diese zurückgreifen müssen, um mit einem sich ständig ändernden regulatorischen Umfeld Schritt zu halten.

Weitere Informationen

Bücher

Dallal, Joseph und Colleen Rocafort. Haarstyling-/Fixativprodukte in Haar und Haarpflege. Marcel Dekker, 1997.

Schueller, Randy und Perry Romanowski. Beginn der kosmetischen Chemie. Allured Publishing, 1999.

Randy Schüller