Influence of particle parameters on deposition onto healthy and damaged human hair

ObjectiveThis research investigates how particle parameters, such as zeta potential, size, functional group, material composition, and hydrophobicity affect their affinity and deposition of particles onto hair.MethodsStreaming potential was used as the technique for analysis. The streaming potential data obtained was then converted to surface coverage data. Scanning electron microscopy (SEM) was also done to visualize particle localization on the hair surface.ResultsThis study found stronger particle affinity on healthy than on damaged (oxidatively bleached) hair, due to diminished interaction sites from the removal of the hair shaft's external lipid layer. SEM imaging supported these findings and offered insights into particle localization. Hydrophilic silica particles accumulated along the exposed hydrophilic cuticle edges of healthy hair, due to hydrogen bonding with the exposed endocuticle. This localization is hypothesized to be due to the limited hydrophilic binding sites on the hydrophobic healthy hair cuticle surface. In damaged hair, an abundance of hydrophilic sites across the cuticle surface results in more dispersed binding. Hydrogen bonding and electrostatic attraction were shown to be the predominant forces influencing deposition, with hydrophobic interactions playing a less influential role. The affinity studies also proved that electrostatic attractions work over a longer range and are more effective at lower particle conditions compared with hydrogen bonding which only start to play a bigger role at higher particle concentrations. Steric hindrance of bulky side groups acted as a significant repulsive force. Results also revealed that larger particles deposit poorly on both healthy and damaged hair compared with smaller ones. Compared with neutrally charged silica nanoparticles (SN-2), positively charged PMMA particles (PN+16) have a stronger affinity to healthy hair, with highly charged particles (PN+49) depositing most rapidly.ConclusionThis study provides a fundamental understanding of how particle-surface parameters influence their affinity to hair and how damaging hair affects deposition. ObjectifCette é tude examine comment les paramè tres des particules, tels que le potentiel zê ta, la taille, le groupe fonctionnel, la composition du maté riau et l'hydrophobie, affectent l'affinité et le dé pô t des particules sur les cheveux.Mé thodesLe potentiel d'é coulement a é té utilisé comme technique d'analyse. Les donné es de potentiel d'é coulement obtenues ont ensuite é té converties en donné es de couverture de surface. Une microscopie é lectronique à balayage (MEB) a é galement é té ré alisé e pour visualiser la localisation des particules à la surface des cheveux.Ré sultatsCette é tude a mis en é vidence une affinité plus forte des particules sur des cheveux sains que sur des cheveux abî mé s (dé coloré s par oxydation), en raison de la diminution des sites d'interaction due à l'é limination de la couche lipidique externe de la tige du cheveu. L'imagerie MEB a confirmé ces ré sultats et a permis d'obtenir des informations sur la localisation des particules. Des particules de silice hydrophile se sont accumulé es en bordure des cuticules hydrophiles exposé es des cheveux sains, en raison de la liaison de l'hydrogè ne avec l'endocuticule exposé e. Il est supposé que cette localisation est due au nombre ré duit de sites de liaison hydrophiles à la surface hydrophobe saine de la cuticule capillaire. Sur des cheveux abî mé s, l'abondance de sites hydrophiles sur la surface des cuticules entraî ne une liaison plus dispersé e. La liaison de l'hydrogè ne et l'attraction é lectrostatique se sont avé ré es ê tre les forces pré dominantes qui influencent le dé pô t, les interactions hydrophobes jouant un rô le moins influent. Les é tudes d'affinité ont é galement dé montré que les attractions é lectrostatiques fonctionnent sur une plus longue plage et sont plus efficaces dans des conditions de concentration de particules infé rieures par rapport à la liaison de l'hydrogè ne qui ne commence à jouer un rô le plus important qu'à des concentrations de particules plus é levé es. L'entrave sté rique des groupes laté raux volumineux a agi comme une force ré pulsive significative. Les ré sultats ont é galement ré vé lé que les particules plus grosses se dé posent faiblement sur des cheveux sains et des cheveux abî mé s par rapport aux particules plus petites. Par rapport aux nanoparticules de silice à charge neutre (SN-2), les particules de PMMA à charge positive (PN+16) ont une affinité plus forte avec les cheveux sains, les particules fortement chargé es (PN+49) se dé posant le plus rapidement.ConclusionCette é tude apporte une compré hension fondamentale de la faç on dont les paramè tres de la surface et des particules influencent leur affinité avec les cheveux et dans quelle mesure les cheveux abî mé s affectent les dé pô ts. This study utilized streaming potential to explore particle affinity to hair, considering factors, such as zeta potential, size, and hydrophobicity. Smaller particles deposited better than bigger particles. Neutrally charged particles were found to deposit best on both healthy and damaged hair while positively charged particles deposited the fastest at low concentrations.image