Haare aus der Sicht des ChemikersVortrag von Julia Gallert und Miriam Engelhardt im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Organische Chemie", SS 06 und WS 09/10 Gliederung:
Schon immer wurde vor allem bei Frauen spezielle Aufmerksamkeit auf die Haare gelegt, denn nicht nur Kleider machen Leute, auch Haare machen Leute und drücken extrem viel Persönlichkeit aus. Der Examensball steht bevor und man(n)/frau geht zum Friseur. Dort liegen einige Bücher aus, worin man sich Informationen über die aktuellen Trends holen kann. Aber was macht der Friseur mit den Haaren? 1 Interessante Informationen
2 Die ursprüngliche Bedeutung der Haare
3 Aufbau der Haare3.1 Grobgliederung des HaaresMan kann das Haar in 2 verschiedene Abschnitte teilen. Die Haarwurzel und den Haarschaft. Letzterer, der lebende Teil des Haares besteht aus folgenden Bestandteilen: 3.1.1 Cuticula - SchuppenschichtDie Cuticula ist die äußerste Schicht des Haares, sie umgibt und schützt das Haar vor äußeren Einflüssen. Sie besteht aus mehreren Lagen winziger Schutzschilder, die sich zu einer Barriere verbinden. Das heißt die flachen, abgestorbenen und verhornten Zellen (=Schuppen) liegen dachziegelartig übereinander. Diese Schuppen sind Indikatoren für gesundes bzw. auch für krankes Haar. Denn liegen diese flach an, glänzt das Haar lebendig und natürlich. Wird das Haar geschädigt, stehen sie ab. Vergleichen kann man dies mit einem Tannenzapfen (Abb. 3 und 6). Die Cuticula ist mit einer Fettschicht aus der Talgdrüse der Kopfhaut überzogen (=Talgschicht).
3.1.2 Cortex - FaserstammDer Cortex liegt unterhalb der Cuticula. Diese Faserschicht besteht aus vielen, dünnen Zellsträngen, die zu einem dicken „Seil“ gebündelt sind (= Keratin). Sie verleiht dem Haar Stärke, Elastizität und Farbe. Sie ist für den Friseur die entscheidende Schicht. Liegt die Cuticula perfekt an, ist der Cortex vor äußeren Einflüssen geschützt.
3.1.3 Medulla - MarkDas Mark liegt direkt unter dem Cortex. Es variiert je nach Haardicke und ist nicht bei allen Menschen vorhanden. Das Mark wird auch als „Geheimnis“ bezeichnet, da sein genauer Zweck nicht bekannt ist. Man geht jedoch davon aus, dass seine faserige Struktur dem Haar einen gewissen Halt verleiht. [7,15]
3.1.4 WurzelIn der Wurzel befindet sich der Haarfollikel, in dem das Haar entsteht und durch die Kopfhaut stößt. Die Matrix (=Mutterzellenschicht) ist ein einschichtiges Epithel im Inneren und produziert keratinbildende Zellen in den Keranocyten und pigmentbildende Zellen in den Eu- und Phäomelanocyten. Die Papille ist der unterste Bereich der Wurzel und besteht aus Bindegewebe. Sie wird von feinen Gefäßen versorgt und Nervenbahnen enden hier. Zusätzlich ist ein Haarbalgmuskel an jedem Haar befestigt. 3.2 Chemischer Aufbau des HaaresHauptelemente des Haares sind: Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Wasserstoff (H) und Schwefel (S). Sie setzen sich zu Aminosäuren zusammen. Hierbei sind v.a. die hydrophoben Aminosäuren, wie z.B. Cystein wichtig. Diese wiederum bilden durch Polymerisation ein Polypeptid. Das Polypeptid bildet durch sogenannte Querverbindungen eine α-Helix (Sekundärstruktur). Als Tertiärstruktur wird die so genannte Superhelix genannt, die aus zwei α-Helices besteht. Die nächst größere Einheit bezeichnet man als Protofilament. Die Protofibrille liegt in einer 9+2 Struktur vor (zwei zentrale Protofilamente in der Mitte und neuen weitere außen herum angeordnet). Die größere Struktureinheit wird Mikrofibrille genannt, die folgende Makrofibrille. Viele Makrofibrillen setzen sich zur Cortex zusammen. [7,15] Tab. 1: prozentuale Angabe der Elemente in Keratin
3.3 Die unterschiedlichen Quervernetzungen3.3.1 Die WasserstoffbrückenSie sind mit verantwortlich für die Elastizität des Haares. Diese Brücken sind hauptsächlich Längsverbindungen innerhalb der Molekülgitter des Haares. Sie lösen sich durch den Einfluss von Wasser, so ist es möglich die Haare kurzzeitig zu locken. 3.3.2 Die SalzbrückenSie sind noch teilweise wasserlöslich und werden aber besonders von Säuren und Laugen gelockert. Beim Trocknen des Haares bilden sich die Salzbrücken neu. Diese Brücken sind hauptsächlich Querverbindungen innerhalb der Molekülgitter des Haares. 3.3.3 Die DisulfidbrückeDiese starken Brücken stellen recht stabile
Querverbindungen zwischen den Peptidspiralen her. [4]
Abb. 11: Schematische Darstellungen der verschiedenen Bindung innerhalb der Helices des Haarkeratins; rot: Wasserstoffbrücken, blau: Ionenbindungen, gelb: Disulfidbrücken [12]. 3.4 Eigenschaften der HaareHaare haben spezifische Eigenschaften. Zum einen zweigt es eine spezielle Reaktion auf Säuren und Basen. Bringt man das Haar zusammen mit sauren Substanzen entquellt das Haar und die Schuppenschicht schließt sich. Bringt man das Haar hingegen in Verbindung mit einer Base quellt das Haar auf und die Cuticula stellt die Schuppe ab. Somit ist das Haar nun angreifbar. Des Weiteren ist das Haar hydrophob, zum einen durch die hydrophoben Reste der Aminosäuren und zum anderen durch die zusätzliche Talgschicht über dem Haar. Trotzdem ist das Haar aber hygroskopisch, kann somit Wasser aufnehmen. Man spricht hierbei vom „Bentzbarkeitsparadoxon“. Zusätzlich sind, vor allem noch chemisch unbehandelte Haare sehr reißfest und belastbar. Je mehr Disulfidbrücken das Haar hat desto belastbarer. 4 HaarfarbenDie Gene bestimmen die Farbe des Haares. Der Melaningehalt bestimmt die individuelle Haarfarbe. Es gibt zwei verschiedene Typen von Melanin, die für die verschiedenen Farbvarianten des Haares verantwortlich sind. Somit ergeben sich 11 bzw. 12 verschiedene Tontiefen, die von Schwarz bis Helllichtblond reichen. Das natürliche Erscheinungsbild der Haare hängt eng zusammen mit dem Hautton und der Augenfarbe und ist deshalb ein Hauptbestandteil der Farbtypenlehre. Das Eumelanin ist das Schwarz-Braun-Pigment. Es entscheidet hauptsächlich über die Farbtiefe des Haares. In braunem und schwarzem Haar kommt es in deutlich erkennbaren Körnchen vor. Das Phaeomelanin ist das Rot-Pigment. Es ist verantwortlich für hellblonde, blonde und rote Haare. Dieses Melanin ist von seiner Struktur her sehr viel feiner und kleiner als das Eumelanin. Durch das Mischungsverhältnis entstehen unterschiedliche Haarfarben.
5 Haarveränderung5.1 Verwendete Mittel - FrüherSchon früh färbten Frauen ihre Haare. Im Orient verwendeten sie Henna und Indigo. Die Römerinnen bleichten ihre Haare mit Kalk und färbten sie dann mit Buchsbaumholz gelb. In Nordeuropa färbten sie mit Efeu und Holunderbeeren, wodurch warme Töne erzielt werden konnten.
5.2 Verwendete Mittel - HeuteDie Pflanzenfarbstoffe werden von synthetischen Farbstoffen weitgehend verdrängt. 5.3 Permanente / Oxidationsfärbung5.3.1 TönenFertigfarbstoffe färben das Haar an und sind Hauptbestandteile der Tönungen. Sie dringen in das Haar ein und haften an den Molekülen der Schuppenschicht. (Farbanlagerung an die Cortex) 5.3.2 Echte HaarfarbenMan bezeichnet diesen Vorgang auch als chemische additive Farbeinlagerung. Alkalien (Ammoniak) in der Färbepaste lassen das Haar quellen. Die Schuppenschicht öffnet sich und lässt die Wirkstoffe in das Haarinnere passieren. Das Wasserstoffperoxid zerstört die eigenen Pigmente. Dies führt zu einer Aufhellung und ermöglicht erst die direkte Färbung von dunklen Haaren (Blondierung). Nun dringen die kleinen farblosen Farbstoffvorstufen in das Haar ein und verteilen sich. Sie werden vom Wasserstoffperoxid oxidiert, blähen sich dabei auf, bekommen ihre Farbe und verankern sich im Haar und sind deshalb permanent und nicht mehr auswaschbar (Farbeinlagerung in die Cortex).
5.4 BlondierungSchon früh war blondes Haar bei den Frauen begehrt. Früher versuchte man, die Haare mit alkalischen Lösungen aus Holzasche, Kalk, Soda oder mit Hilfe der Sonne aufzuhellen. Es wurden auch Kräuterauszüge verwendet. Wer es sich leisten konnte, bestäubte das Haar mit Gold-, Silber- oder Kupferpulver, um es heller erscheinen zu lassen. All diese Methoden konnten die Leute natürlich nicht befriedigen. Die modernen Blondierverfahren gehen auf den Franzosen E. H. Thiellay zurück. Er verwendete im Jahre 1876 erstmals eine Blondierungslösung, die Wasserstoffperoxid in 3%iger Konzentration enthielt. Durch das alkalisch reagierende Ammoniak im Blondiermittel wird das Haar aufnahmefähig. Das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid zerstört die natürlichen Pigmente und hellt das Haar dabei auf. Beim Blondieren von braunen, dunklen oder rotbraunen Haaren kommt es leicht zu einem Rot- oder Orangeton. Beim Abbau der Pigmente im Haar entstehen neue Verbindungen, die das Haar rötlich erscheinen lassen. [10,14] 6 Dauerwelle1940: die Kaltdauerwelle auf der Basis von Chemikalien. Chemische Vorgänge bei der Kalt-Dauerwelle 17.1 Im glatten Haar kann man sich die Proteinstränge so wie in dieser Zeichnung vorstellen: Mehrerer schraubenförmige Proteinstränge sind untereinander durch sogenannte Schwefelbrücken zu einer Keratinfaser verbunden. 17.2 Wenn nun die Haare über einen Lockenwickler gewickelt werden, treten in verschiedenen Bereichen des gekrümmten Haares unterschiedliche Kräfte auf. Während die innere zum Wickler gerichtete Seite kaum unter Spannung steht ,wird die äußere Seite leicht gestreckt. Dies führt zu einer Strukturveränderung in der Proteinkette, die in der Abbildung durch die gezackte Form symbolisiert ist. Jetzt werden die Haare mit einem Wellmittel behandelt. Es hat reduzierende Eigenschaften und kann dadurch einen Teil der Schwefelbrücken öffnen. 17.3 Die fehlenden Querverstrebungen bewirken, dass die Spannungen im Haar ausgeglichen werden können. Das Haar passt sich der Form der Lockenwickler an. 17.4 Damit die neuen Locken stabil sind, muss diese Krümmung noch fixiert werden. Dafür werden neue Schwefelbrücken mit dem Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid gebildet. Es kehrt die oben erwähnte Reaktion um. Ein Teil der zuerst geöffneten Schwefelbrücken wird wieder geschlossen. [9]
7 Literatur:
E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 20.12.11 |
