Fundamental properties of Afro-American hair as related to their straightening relaxing behaviour

Quadflieg, Jutta Maria; Höcker, Hartwig

doi:HT014040527

Fundamental properties of Afro-American hair as related to their straightening relaxing behaviour

Quadflieg, Jutta Maria (Author)

2003 & 2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jutta Maria Quadflieg

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

UmfangXII, 154 S..: Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Prüfungsjahr: 2003. - Publikationsjahr: 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-09-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-8310
DOI: 10.18154/RWTH-CONV-121220
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59435/files/59435.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Schwarze (Genormte SW) ; Haar (Genormte SW) ; Physikalisch-chemische Eigenschaft (Genormte SW) ; Haarbehandlung (Genormte SW) ; Haarglättungsmittel (Genormte SW) ; Deformationsverhalten (Genormte SW) ; Dauerwelle (Genormte SW) ; Technische Chemie (frei) ; Ethnic hair (frei) ; Afro hair (frei) ; relaxing (frei) ; straightening (frei) ; swelling (frei) ; diffusion (frei) ; waveability (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 660

Kurzfassung
Ziel dieser Arbeit ist es, das aktuelle Wissen über den alkalischen Glättungsprozess von Afrohaar weiter zu vertiefen. Voraussetzung dafür ist es, die Eigenschaften von afroamerikanischem Haar detailliert zu untersuchen. Zunächst wurde die Geometrie des afroamerikanischen Haares anhand von Querschnitten untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass der Durchmesser des afroamerikanischen Haares vom Geschlecht abhängig ist. Des Weiteren wurden kaukasisches, asiatisches und afroamerikanisches Haar auf ihre Morphologie, chemische Zusammensetzung und thermischen Eigenschaften hin untersucht, nachdem es durch verschiedene Verfahren - wie Dauerwelle, alkalische Glättung sowie eine Kombination dieser beiden Verfahren - behandelt worden war. Die Aminosäurenanalyse (AAA) zeigte, dass die während der alkalischen Glättung gebildeten Dehydroalaninreste sehr stabil sind. Sie reagieren mit Cysteinresten zu Lanthioninbrücken. Lanthionin wird in der AAA besonders häufig in Haaren gefunden, die zunächst geglättet und anschließend einer Dauerwelle unterzogen worden sind. Die thermischen Eigenschaften dieser Haare zeigen, dass vor allem die keratinassoziierten Proteine der Matrix durch die alkalische Glättung verändert werden. Untersuchungen an "simuliertem" Afrohaar (asiatisches Haar, welches mit Hilfe des Dampfverfahrens gekräuselt wird) sollten zeigen, inwieweit dieses Haar als Ersatz für echtes Afrohaar in Bezug auf seine Eigenschaften dienen kann. Die Ergebnisse lassen die Aussage zu, dass Unternehmen der kosmetischen Industrie besser beraten sind, "simuliertes" Afrohaar nicht als Ersatz für natürliches Afrohaar zu nehmen. Neben diesen Themen wurde der Glättungseffekt von modifizierten Glättungscremes (reine Cremes bzw. Cremes mit zusätzlichem Thiolanteil) analysiert. Der zeitabhängige Glättungseffekt kann mittels einer Funktion pseudo-erster Ordnung kinetisch beschrieben werden. Der Zusatz von einem Gewichtsprozent Thiolen (Thioglykolsäure (TGA) oder Cystein (Cys)) beschleunigt die Glättung von Afrohaaren erheblich. Ein weiteres Kapitel handelt von der chemischen Zusammensetzung und den thermischen Eigenschaften von geglättetem Haar. Die Daten der AAA lassen die Aussage zu, dass der Glättungseffekt hauptsächlich auf die Spaltung der Disulfidbrücken zurückzuführen und die Bildung von Lanthionin nicht Voraussetzung für eine permanente Haarglättung ist. Die Möglichkeit einer an die alkalische Glättung anschließenden Dauerwellbehandlung sowie die dabei auftretenden chemischen und thermischen Veränderung der Haare wurde erforscht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass neben einer schnelleren Glättung das Haar eine bessere Wellbarkeit aufweist, wenn während der Glättung Thiole zugesetzt werden. Dabei ist TGA signifikant effektiver als Cys. Im letzten Kapitel wird über die Quellung von Haar bei hohen pH-Wert und der Diffusion von alkalischen Lösungen und Thiolen (TGA oder Cys) in mit Iod gefärbtem Haar berichtet. Die Diffusion wird durch die Entfärbung des Haares sichtbar gemacht. Die Haarquellung bei pH 12,4 und 12,8 folgt einer Kinetik pseudo-erster Ordnung und ist auf die Spaltung von Disulfidbrücken zurückzuführen. Thiolhaltige Lösungen bei pH 12,8 sowie reine Alkalilösungen bei 13,4 weisen eine solche Kinetik nicht auf. Dies wird auf die zusätzliche Spaltung der Disulfidbrücken durch die Thiole sowie eine zunehmende Hydrolyse der Proteinketten durch das Alkali begründet. Es wurde eine klare Front zwischen dem entfärbten äußeren und dem farbigen inneren Bereich beobachtet, die auf die fortschreitende Penetration der alkalischen Lösung schließen lässt. Thiolhaltige alkalische Lösungen weisen zwei Penetrationfronten auf, wobei die erste wahrscheinlich die Alkalipenetration und die zweite die Thiolpenetration sichtbar macht.

The aim of this thesis is to improve the current understanding of straightening processes in Afro hair by alkaline treatment. It is therefore fundamentally important to gain a more detailed insight into the properties of Afro-American hair. The geometry of Afro-American hair has been initially investigated by cross-sections of hair. The apparent diameter of Afro-American hair is dependent on gender. Furthermore, differences between Caucasian, Asian and Afro hair, with respect to their morphology, chemical composition, and thermal properties, have been evaluated after various treatments such as perming and relaxing, and combination of these treatments. Amino acid analysis of treated hair leads to the conclusion that dehydroalanine residues, which are generated upon alkaline relaxing of hair, are quite stable. They are converted with cysteine residues to form lanthionine cross-links. Lanthionine residues occur with a higher frequency after perming treatment of relaxed hair. The thermal properties of hair show that the keratin associated proteins of the matrix are strongly affected by relaxing treatments In addition, a detailed study to properties of "simulated" Afro hair has been made. Simulated hair is actually Asian hair, which has been crimped using steam. Part of this work evaluates the extent to which the properties of this modified Asian hair resemble those of natural Afro hair, so that the results obtained may be realistically transferred. As a result, the cosmetic research companies are advised against using simulated Afro hair as a model for natural Afro hair. Besides these topics, the straightening efficacy of modified relaxer creams (pure creams and creams containing added thioles) on Afro hair has been investigated. The time-depending straightening effect can be described by a pseudo first-order kinetics function. Addition of thioles to the relaxer creams (1 % w/w TGA or cysteine) straightens hair considerably faster than pure relaxer creams do. A further chapter deals with the chemical and thermal properties of modified relaxed hair. The data of amino acid analysis show that the straightening effect is mainly based on the cleavage of disulfide bridges, and that formation of lanthionine is not primary requirement for permanent hair straightening. The possibility to perm hair after relaxing, and the chemical and thermal changes caused upon perming have been investigated. In summary, besides a more rapid straightening of hair, the presence of thioles during the relaxing process leads subsequently to a better waveability of hair. This effect is more significant for TGA compared with cystine as the additional thiole. The last chapter contains results about the swelling of hair at high pH, and diffusion of alkaline solution and thioles (TGA or cysteine) into iodid-dyed hair fiber, which is recorded as a result of the visible color change. Swelling of hair follows pseudo-first order kinetics at pH 12.4 and 12.8, and is related to the proportion of broken disulfide bridges. Thiole containing solutions at pH 12.8, and the solution at pH 13.4, do not show a first-order relationship. This is associated with the additional cleavage of disulfide bridges by thioles, and increasing hydrolysis of protein chains by alkali, respectively. A sharp front between the colorless outer area and the colored inner area of the fiber was observed, and is attributed to the penetration of alkali. Thiole containing solutions showed two penetration fronts, the first front representing the penetration of alkali and the second front the penetration of thiole.

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