Development of cosmetics formulations to change the shape of hair

Abstract

Current hair styling cosmetic products cause irreversible damage to the hair fiber and the environment. The objective of this dissertation is to develop formulations that change the shape of hair from carbohydrate polymers, cellulose and chitosan, and benign solvents that are friendly to human health and the environment. Cellulose and chitosan have solubility limitations in water and organic solvents. Then, ionic liquids (ILs) based on imidazolium and serum were tested, along with several types of cellulose (Hydroxyethyl cellulose (HEC), Carboxymethylcellulose (CMC), Microcrystalline Cellulose (MCC)) and different types of chitosan. The stability of the formulations was evaluated through prolonged storage, thermal stress, physical stress, organoleptic properties, and pH, at different temperatures. The formulations were applied to Asian hair using different methodologies where the curling efficiency was evaluated after application and washing. The formulations with 3% and 0.5% of HEC and CMC showed the best result after washing (±10%). The pre-treatment chosen was with serum, discarding ILs. The formulations with chitosan did not show satisfactory results. The application of the DTAF dye on the cellulose, later applied to the hair, enabled the investigation of the cellulose effect through fluorescence microscopy. The labeled cellulose was absorbed by the capillary keratin fiber, adhering to the coating layer on the surface of the capillary fiber. SEM images revealed that the treated hair fiber preserved structural integrity, especially for the 3% CMC formulation. The thermal analysis of virgin and treated hair fiber was also evidenced by DSC, where formulations containing 3% and 0.5% CMC and 3% HEC demonstrated greater stability to thermal processing. It was also shown that hair fiber treated with 0.5% CMC performed well in mechanical wear resistance by calculating the percentage of mass loss. An ATR-FTIR was performed, demonstrating compliance in the spectra of the formulations, with emphasis on the 3% HEC formulation. The formulation of cellulose in serum combined with a pre-treatment based on urea proved to be a promising alternative to cosmetic products, with slightly curling effect.

Os produtos cosméticos atuais para modelar o cabelo causam danos irreversíveis à fibra capilar e ao meio ambiente. O objetivo desta dissertação é desenvolver formulações que alterem a forma do cabelo a partir de polímeros de carbohidratos, celulose e quitosano, e solventes benignos que são amigos da saúde humana e do meio ambiente. A celulose e a quitosano têm limitações de solubilidade em água e em solventes orgânicos. Então, líquidos iónicos (ILs) à base de imidazólio e sérum foram testados, juntamente com vários tipos de celulose (Hydroxyethyl cellulose (HEC), Carboxymethylcellulose (CMC), Microcrystalline Cellulose (MCC)) e diferentes tipos de quitosano. A estabilidade das formulações foi avaliada através de armazenamento prolongado, stresse térmico, stresse físico, propriedades organoléticas e pH, a diferentes temperaturas. As formulações foram aplicadas em cabelo asiático utilizando diferentes metodologias onde a eficiência de ondulação foi avaliada após aplicação e lavagem. As formulações com 3% e 0,5% de HEC e CMC apresentaram o melhor resultado após a lavagem (±10%). O pré-tratamento baseou-se em sérum, descartando os ILs. O quitosano não apresentou resultados satisfatórios. A aplicação do corante DTAF na celulose, posteriormente aplicado no cabelo, possibilitou a investigação do efeito da celulose através de microscopia de fluorescência. A celulose marcada foi absorvida pela fibra de queratina capilar, aderindo à camada de revestimento na superfície da fibra capilar. Imagens de MEV revelaram que a fibra capilar tratada preservou a integridade estrutural, principalmente para a formulação 3% CMC. A análise térmica da fibra capilar virgem e tratada foi evidenciada por DSC, onde as formulações contendo 3% e 0,5% CMC e 3% HEC demonstraram maior estabilidade ao processamento térmico. Foi demonstrado que a fibra capilar tratada com 3% CMC apresentou bom desempenho na resistência ao desgaste mecânico pelo cálculo da percentagem de perda de massa. Foi realizado um ATR-FTIR, demonstrando conformidade nos espectros das formulações, destacando a formulação de 3% HEC. A formulação de celulose em sérum combinada com um pré-tratamento à base de ureia mostrou-se uma alternativa promissora aos produtos cosméticos, com um ligeiro efeito de encaracolamento.