Formulating a shampoo is a complex process that has to consider not only the diverse physicochemical properties of the hair fibre but also customers’ needs. For this reason, shampoos normally contain surfactants as cleansing base, polyelectrolytes for a conditioning effect and several additives. The existing products had years of optimization, but the current environmental issues require the cosmetic industry to switch to more sustainable formulations. To replace traditional ingredients with eco-friendly, bio-sourced ones, a detailed knowledge of the interactions happening at the hair surface is essential. This PhD project aimed at contributing to this knowledge by using neutron reflectometry (NR) to study the adsorption of model compounds to hair-mimetic surfaces. The advantage of NR over other surface techniques is its ability to characterize buried interfaces and define a hierarchy of adsorption from mixtures. The biomimetic models can be tuned to reproduce the hair surface in different conditions. A healthy fibre is hydrophobic, as it is covered by a layer of lipids, the main one being 18-methyleicosanoic acid (18-MEA), which has a characteristic methyl branch and is the subject of several studies due to its interesting properties. Due to weathering, ageing, or treatments like bleaching, the lipid layer can be damaged, and a hydrophilic surface is exposed. This modifies the interaction of the hair fibre with components of hair-care products. Complementing NR with other surface techniques, specific adsorption behaviours have been identified, addressing factors such as surface hydrophobicity, surfactant charge or polyelectrolyte size. Results indicate that, for example, the presence of the methyl branch of 18-MEA modifies the surface properties compared to a layer of straight chain lipids, or that a fully damaged hair model surface unexpectedly adsorbs a bilayer of anionic surfactant, thanks to the balancing of several factors playing a role in the interaction.  

Att formulera ett schampo är en komplex process som inte bara måste ta hänsyn till hårfiberns olika fysikalisk-kemiska egenskaper utan också till kundernas behov. Därför innehåller schampon normalt tensider som rengörande bas, polyelektrolyter för en vårdande effekt och flera tillsatser. De befintliga produkterna har optimerats under många år, men de aktuella miljöfrågorna kräver att kosmetikaindustrin byter till mer hållbara formuleringar. För att kunna ersätta traditionella med miljövänliga, biologiskt framställda ingredienser krävs detaljerad kunskap om de interaktioner som sker på hårets yta. Detta doktorandprojekt syftade till att bidra till denna kunskap genom att använda neutronreflektometri (NR) för att studera adsorptionen av modellföreningar till hårmimetiska ytor. Fördelen med NR jämfört med andra yttekniker är dess förmåga att karakterisera begravda gränssnitt och definiera en hierarki av adsorption från blandningar. De biomimetiska modellerna kan ställas in för att återge hårytan under olika förhållanden. En frisk fiber är hydrofob, eftersom den är täckt av ett lager lipider, varav den viktigaste är 18-metyleicosanoic acid (18-MEA), som har en karakteristisk metylgren och är föremål för flera studier på grund av sina intressanta egenskaper. På grund av vittring, åldrande eller behandlingar som blekning kan lipidlagret skadas och en hydrofil yta exponeras. Detta förändrar hårfiberns interaktion med komponenter i hårvårdsprodukter. Genom att komplettera NR med andra yttekniker har specifika adsorptionsbeteenden identifierats, med hänsyn till faktorer som ytans hydrofobicitet, ytaktiva ämnenas laddning eller polyelektrolyternas storlek. Resultaten visar t.ex. att närvaron av metylgrenen i 18-MEA förändrar ytegenskaperna jämfört med ett lager av rakkedjiga lipider, eller att en helt skadad hårmodellyta oväntat adsorberar ett tvåskikt av anjoniskt ytaktivt ämne, tack vare en balansering av flera faktorer som spelar en roll i interaktionen.