Os tensoativos catiônicos são ingredientes importantes de cuidados pessoais para aplicações de condicionamento capilar. Eles melhoram a penteabilidade do cabelo tanto no estado úmido quanto no seco e podem mitigar os efeitos dos danos ao cabelo.

A maioria dos surfactantes catiônicos atualmente utilizados em formulações de cuidados pessoais são espécies quaternárias de amônio (quats). Eles têm uma carga catiônica permanente independente do pH da formulação, não são 100% biobases e têm potencial de toxicidade ambiental e aquática ao longo de seu ciclo de vida.

Amino lipídios, incluindo o Esylate de Brassicil Valinato e o Esylate de Brassicil Isoleucinato são surfactantes catiônicos 100% biobásicos derivados da esterificação do álcool de brassica com aminoácidos. Funcionam como agentes condicionadores do cabelo e da pele, emulsificantes e agentes estruturantes.^1,2

Eles formam sistemas cristalinos líquidos (LC) quando combinados com anfíplios não iônicos, tais como álcoois gordurosos ou ésteres glicerílicos. Na formulação, as estruturas lamelares LC são desejadas por sua capacidade de criar ordem e estrutura de longo alcance que melhora a estabilidade da formulação e constrói a viscosidade. As estruturas Lamellar LC também dão maior substantividade à pele e ao cabelo.

Para entender melhor a ciência por trás das diferenças de desempenho de condicionamento entre BIE e BVE, a caracterização da formação de LC lamelar foi feita na fase a granel, com os amino lipídios como soluções aquosas, e em uma mistura com álcoois graxos como fórmula de chassis.

A Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) avalia as transições térmicas para determinar o grau de cristalinidade de um material. A DSC foi executada em BVE e BIE puro (≥ 94% de pureza) para avaliar as diferenças nas transições térmicas. O BVE apresentou transições térmicas de temperatura mais altas do que o BIE (Tm = 48,8°C vs. 41,8°C), sugerindo que as moléculas BVE no estado cristalino são mais bem embaladas do que as moléculas BIE no estado cristalino. O grupo de cabeça menor no BVE permite uma maior atração van der Waals à medida que as cadeias de carbono se aproximam, levando a esta maior coesão intermolecular que se manifesta como uma temperatura de fusão mais alta.⁴

Acima de concentrações críticas, as soluções surfactantes desordenadas se transformam em um estado ordenado. Dependendo do tamanho do grupo de topo e/ou da polaridade, as fases LC formadas mudarão e afetarão as propriedades do volume e a estabilidade.⁵ Para avaliar essas propriedades, foram preparadas soluções aquosas de BVE ou BIE com concentrações que variam de 5-50% do BVE ou BIE.

Avaliações visuais das soluções em uma faixa de temperatura de 0-80°C mostraram que a maior mudança na aparência e textura do BVE e BIE ocorreu a 60°C. Abaixo desta temperatura, ambas eram viscosas e fluíveis. Acima de 60°C, as soluções se tornaram mais elásticas na aparência e no comportamento. O BIE passou de uma solução opaca a transparente, sugerindo uma transição para uma fase cúbica isotrópica, enquanto o BVE permaneceu estável na fase lamelar.

As medições de viscosidade foram realizadas à temperatura ambiente em função do aumento da concentração de BVE ou BIE. As viscosidades das soluções aquosas permaneceram semelhantes até 30% de amino lipídios. Em concentrações de ≥30%, a viscosidade do BVE aumentou drasticamente em relação ao BIE. Esta diferença na viscosidade dependente da concentração é atribuída à propensão do BVE para formar estruturas mais ordenadas.

Para avaliar melhor as diferenças entre BIE e BVE, foi realizada uma varredura dinâmica de freqüência em uma faixa de freqüências angulares. A solução BVE tinha um módulo de armazenamento maior e um caráter mais elástico que o BIE, além de ter uma viscosidade complexa mais alta, mostrando a maior resistência do BVE à deformação.⁴

As estruturas Lamellar LC são conhecidas por impactar o desempenho do condicionamento. Para ter o máximo de benefícios, estas estruturas devem persistir sob condições típicas de formulação, incluindo homogeneização e temperaturas elevadas. As formulações de chassi foram utilizadas para avaliar a estrutura BIE e BVE sob condições típicas de formulação. Soluções de BVE ou BIE com ajustador de pH e álcool brássico ("HC Blends") foram preparadas.

Os efeitos da temperatura elevada na estrutura foram avaliados em 15% das misturas de HC através da dispersão de raios X de pequeno ângulo (SAXS) em uma faixa de temperatura de 20-70°C. As estruturas que são cristalinas na natureza apresentam "picos de Braggs" e foram vistas tanto para BVE quanto para BIE HC Blends. O BVE HC Blend manteve a intensidade máxima da estrutura a 60°C, em comparação com o BIE HC Blend que começou a perder estrutura a esta temperatura.⁴

Em resumo, a diferença de um grupo de metileno (CH2) no grupo de amino lipídios da cabeça leva a diferenças pronunciadas no comportamento da fase LC e no desempenho de condicionamento capilar correspondente dos amino lipídios catiônicos. O BVE é observado para formar fases lamelares LC em uma gama mais ampla de concentrações e temperaturas em comparação com o BIE. Isto é atribuído ao grupo de cabeça mais compacto do BVE e ao correspondente maior valor de parâmetro crítico de embalagem em comparação com o BIE. A capacidade aprimorada do BVE de formar fases lamelares LC traduz-se em melhor estabilidade de formulação e desempenho de condicionamento do cabelo em relação ao BIE.

Referências

1. R. Burgo, emulsificantes catiônicos não derivados da protoquímica que são ésteres de aminoácidos neutralizados e composições e métodos relacionados, US 8.287.844 B2, 2012.

2. R. Burgo, emulsificantes catiônicos não derivados da protoquímica e composições e métodos relacionados, US 20180193233 A1, 2018.

3. https://www.triprinceton.org/hair-claims-testing
4. Pease, B. (2019, dezembro). Understanding Biobased Cationic Amino Lipids: Efeitos da estrutura de aminoácidos no comportamento de fase cristalina líquida em formulações de condicionamento. Inolex, Inc., apresentada na Reunião Científica e Mostra de Tecnologia da Society of Cosmetic Chemists.
5. Holmberg, K, et al. Comportamento em fase de sistemas surfactantes concentrados. Ch. 3 em Surfactantes e Polímeros em Solução Aquosa, John Wiley & Sons Inc., John Wiley & Sons Inc., Ch. 3 em Surfactantes e Polímeros em Solução Aquosa Hoboken, NJ, 2003, pp 67-95.