ABSTRACT
When undertaking any review of the structure of the hair and its mechanical properties it becomes apparent that the overall behaviour of keratin fibres is commonly attributed to the presence of hydrogen, disulfide and ionic bonds. The action of physico-chemical agents used during various cosmetic treatments is viewed as the result of an interaction with these bonds. Thus, the breaking of bonds by chemical agents, or via mechanical or thermal stresses, affects the relative balance of disulfide and hydrogen bonds and the contribution of hydrophobic interactions, which are all important factors that may alter hair behaviour. Generally, these chemical bonds are considered as responding homogeneously to the environmental and cosmetic factors. This unitary image is challenged, however, by evaluating the results of chemical, nanomechanical, tensile and thermal measurements, which suggest that disulfide bonds may be grouped into several types, according to their location within the fibre and the way they respond to various agents. A compensatory effect of newly formed hydrogen bonds for broken disulfide bonds may also be seen, and additionally involves different types of hydrogen bonds. As a result, the picture of chemical bonding in hair appears to be far from a homogeneous one. In addition, it is apparent that further investigation is required for clarifying the action of ionic bonds and hydrophobic interactions within the hair fibre. The present review aims, thus, at offering a deeper background for understanding how the hair behaves under various conditions.
Comme l'indique l'étude de la littérature réalisée dans le cadre de cette revue, le comportement général des fibres kératiniques est généralement attribué à la présence de liaisons hydrogène, disulfure et ioniques. L'action des agents physicochimiques utilisés au cours de divers traitements cosmétiques est alors considérée comme le résultat d'une interaction avec ces liaisons. Ainsi, la rupture des liaisons par des agents chimiques, ou par des contraintes mécaniques ou thermiques, affecte l'équilibre relatif des liaisons disulfure et hydrogène et la contribution des interactions hydrophobes, qui sont autant de facteurs importants susceptibles d'altérer le comportement du cheveu. En général, on considère que ces liaisons chimiques réagissent de manière homogène aux facteurs environnementaux et cosmétiques. Cette image unitaire est toutefois remise en question par l'évaluation des résultats des mesures chimiques, nanomécaniques, thermiques et de traction, qui suggèrent que les liaisons disulfures peuvent être regroupées en plusieurs types, en fonction de leur emplacement dans la fibre et de la manière dont elles réagissent aux différents agents. Un effet compensatoire des liaisons hydrogène nouvellement formées pour les liaisons disulfures rompues peut également être observé et implique en outre différents types de liaisons hydrogène. Par conséquent, l'image de la liaison chimique dans les cheveux est loin d'être homogène. En outre, il est évident que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour clarifier l'action des liaisons ioniques et des interactions hydrophobes au sein de la fibre capillaire. La présente étude vise donc à offrir une base pour une compréhension plus approfondie du comportement du cheveu dans diverses conditions.
ABSTRACT
OBJECTIVE: Hair fibres have been shaped via either a thermal route or via a chemical route. The time-relaxation transients of the shaped hairs in air, and in water, respectively, were evaluated. The collected data were kinetically modelled in order to reveal information about the rate controlling mechanism of the recovery process. METHODS: Hair fibres were thermally shaped at different temperatures between heated plates and left to relax in an environment of controlled humidity and temperature. Different hair fibres were chemically shaped and left to relax in water of different controlled temperatures. Relaxation data were used for modelling the kinetics of the recovery processes by using exponential and logarithmic kinetic laws. The fitting of the models to the two sets of data has been checked by using the residual sum of squares for matching the proper model to each set of data. RESULTS: The processes of shaping and recovery were assimilated with a sequence of two successive quasi-chemical reactions, occurring at the used temperatures. Based on chemical and physical assumptions, the two groups of experiments were modelled by two different laws: an exponential law, suggesting a first-order process as the rate-determining step of the relaxation of thermally shaped fibres, and a logarithmic law, suggesting a slow relaxation, based on percolation theory, for the chemically shaped fibres. This allowed use of chemical kinetics tools for calculating the values of the activation energy in each case. The evaluated values of activation energy of the relaxation processes for both thermal and chemical shaping were found to be close to each other, in spite of the different methods of shaping. CONCLUSION: The kinetic analysis suggests that despite different reaction sequences occurring during the different shaping-relaxation processes, the rate-controlling mechanism that manages the recovery process is the same in all cases; and this process is proposed to be the thiol-disulphide reformation of intra-protein bonds inside hair.
OBJECTIF: Les fibres capillaires ont été traitées soit par voie thermique, soit par voie chimique. Les variations passagères du temps de relaxation des cheveux traités dans l'eau et dans l'air, respectivement, ont été évaluées. Les données recueillies ont été modélisées cinétiquement afin de révéler des informations sur le mécanisme de contrôle de la vitesse du processus de récupération. MÉTHODES: Les fibres capillaires ont été traitées thermiquement à différentes températures entre des plaques chauffantes et on les a laissées se relâcher dans un environnement où l'humidité et la température étaient contrôlées. Différentes fibres capillaires ont été traitées chimiquement et on les a laissées se relâcher dans l'eau à différentes températures contrôlées. Les données de relâchement ont été utilisées pour modéliser la cinétique des processus de récupération en utilisant des lois cinétiques exponentielles et logarithmiques. L'ajustement des modèles aux deux ensembles de données a été vérifié en utilisant la somme résiduelle des carrés pour faire correspondre le modèle approprié à chaque ensemble de données. RÉSULTATS: Les processus de traitement et de récupération ont été assimilés à une séquence de deux réactions quasi-chimiques successives, survenant aux températures utilisées. Sur la base d'hypothèses chimiques et physiques, les deux groupes d'expériences ont été modélisés selon deux lois différentes : une loi exponentielle, indiquant un processus de premier ordre comme l'étape déterminant la vitesse de relâchement des fibres traitées thermiquement, et une loi logarithmique, indiquant un relâchement lent, sur la base de la théorie de la percolation, pour les fibres traitées chimiquement. Cela a permis d'utiliser des outils de cinétique chimique pour calculer les valeurs de l'énergie d'activation dans chaque cas. Les valeurs évaluées de l'énergie d'activation des processus de relâchement pour le traitement thermique et chimique se sont avérées proches les unes des autres, malgré les différentes méthodes de traitement. CONCLUSION: L'analyse cinétique indique que, malgré les différentes séquences de réaction survenant au cours des différents processus de traitement-relâchement, le mécanisme de contrôle de la vitesse qui gère le processus de récupération est le même dans tous les cas ; et ce processus est proposé comme étant la reformation du thiol/disulfure des liaisons intraprotéiques à l'intérieur du cheve.
Subject(s)
Hair , Hot Temperature , Kinetics , Temperature , Hair/chemistry , WaterABSTRACT
We report the use of longitudinal (aspect ratio > 1 : 1) scanning atomic force microscopy as an aid in returning to the same area of hair fibres after bleaching, treatment with a commercial shampoo or the application of a 'leave-on' conditioner product. The bleaching treatment used in this study was not found to affect the cuticular architecture and lateral force microscopy (LFM) also showed little difference after treatment, reflecting the homogeneity of the newly revealed surfaces. After treatment with a commercial shampoo, the hair sample again showed very little difference in topography or lateral force characteristics. Hair treated with the leave-on conditioner product also showed no major topographical changes. LFM traces, however, showed regions between the ghost edge, marking the original position of the scale edge before cuticular erosion, and the existing scale edge, to have higher frictional properties than distal regions of the cuticle. A thin film of the leave-on product thus seems to form in this region and extends from the foot of the scale edge.
