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“E se eu pintasse o cabelo?” – Parte II

por em 04/09/2020 em Ciência, Notícias | Nenhum comentário

“E se eu pintasse o cabelo?” – Parte II

Agora que já sabemos que as pessoas pintavam os cabelos a 4.000 anos atrás e vimos um pouco da história até chegarmos às tinturas que temos disponíveis hoje, vamos ver como elas funcionam!

Antes de começar, uma observação caso você tenha caído de paraquedas nesse texto sem ler os anteriores da série sobre cabelos. O fio de cabelo é formado por três partes:
– A cutícula é a camada externa e é semelhante a escamas.
– A camada mais interna é chamada de medula, sendo que esta é constituída praticamente de bolhas de ar em cabelos mais grossos (em cabelos muito finos essa camada pode nem existir).
– A camada do meio é chamada de córtex, ela constitui ~90% da massa do fio e é composta de fibras protéicas (queratina em sua maioria).

O interior do fio de cabelo.

 

Para continuar isso já é suficiente, mas se quiser entender um pouco mais, você pode ler aqui.

Dito isso, vamos lá! As tintas de cabelo sintéticas são comercializadas com classificações quanto ao tempo de permanência teórico da cor no cabelo. Essa classificação é dada dependendo do tipo de corante utilizado, uma vez que diferentes estruturas químicas dos corantes vão permitir diferentes tipos de ligações com o fio de cabelo. Além disso, a relação da molécula do corante com a água e em qual parte do fio de cabelo ela se liga influenciam no tempo de permanência da cor.

Essas classificações são dadas como tintas temporárias, semi-temporárias e permanentes. Porém, caso você nunca tenha pintado o cabelo, talvez esteja pensando por que eu disse “tempo de permanência teórico” ali em cima. Bom, além dos fatores citados anteriormente, a permanência da cor vai também depender do estado em que o fio de cabelo está: um cabelo mais danificado pode manter a cor por um tempo diferente do que seria esperado para um cabelo saudável, levando por exemplo a uma cor fantasia (geralmente classificada como tinta temporária ou semi-permanente) durar muito mais tempo no cabelo do que o indicado na embalagem.

As tintas temporárias utilizam corantes com alta massa molecular (ou seja, moléculas grandes) que não entram no fio, formando somente uma película sobre a cutícula do cabelo. Além disso, esses corantes são altamente solúveis em água. Por isso, esse tipo de tinta sai do cabelo, geralmente, com 1 a 3 lavagens.

Os corantes utilizados nesse tipo de tinta são chamados de corantes ácidos e corantes básicos. Essa classificação considera o pH do meio em que o corante deverá ser aplicado. Os corantes ácidos têm grupos aniônicos (apresentam carga negativa) em sua estrutura quando ionizados, como por exemplo sais de ácidos sulfônicos e carboxílicos. Tintas que utilizam esse tipo de corante apresentam um meio ácido favorecendo que os grupos amônio presentes nos aminoácidos que constituem a cutícula dos fios de cabelos permaneçam protonados, ou seja, com carga positiva. Esses grupos serão os responsáveis por se ligar por atração eletrostática (ligação iônica) com os grupos de carga negativa dos corantes.

Estruturas químicas de alguns corantes ácidos utilizados em tintas temporárias. Repare no grupo sulfônico (SO3-) em todas as moléculas.

 

Os corantes básicos não são tão utilizados para tintas temporárias de cabelo como os ácidos, mas como você talvez esteja imaginando, com os corantes básicos tudo ocorre de forma invertida dos corantes ácidos. Os corantes básicos têm grupos catiônicos (apresentam cargas positivas), como grupos anilinas protonadas (sal de amônio aromático), o que já dá a característica básica da tinta. Da mesma forma que os corantes ácidos, a ligação entre os fios de cabelo e os corantes básicos se dá por atração eletrostática, sendo que nesse caso são grupos com carga negativa presentes no cabelo que serão os responsáveis pela fixação da tinta.

Estruturas químicas de alguns corantes básicos utilizados em tintas temporárias. Repare que em todas as moléculas há um grupo protonado.

 

Sendo assim, independente do tipo de pigmento utilizado, essas tintas não se difundem na estrutura interna do fio de cabelo, somente são depositadas sobre o fio devido à interações entre os grupos químicos das moléculas do pigmento e das proteínas na cutícula dos fios de cabelo e, por isso, saem do cabelo com poucas lavagens. Exemplos de tintas temporárias são as tintas spray (aquelas que são usadas no carnaval, por exemplo) e algumas tintas tonalizantes de cores fantasias (azul, roxo, rosa, entre outras).

 

Entretanto, existem tintas tonalizantes que saem do cabelo com um número maior de lavagens (geralmente cerca de 15). Sejam elas de cores fantasia ou cores naturais, essas são as tintas semi-permanentes. As moléculas dos corantes utilizados nesse tipo de tinta, em sua maioria, são pequenas e conseguem entrar no fio de cabelo, sendo que a cada lavagem um pouco dessas moléculas vão sendo retiradas. Geralmente esse tipo de tinta apresenta em sua composição algum tipo de detergente que é adicionado para que haja um inchaço do fio de cabelo permitindo a entrada das moléculas do corante no córtex. Além disso, as tintas semi-permanentes são alcalinas, o que também facilita o inchamento do córtex permitindo o movimento do corante para dentro.

A maioria dos corantes usados nesse tipo de tinta são derivados de nitrocompostos, principalmente de nitrobenzeno e, nesse caso, a fixação da cor se dá por meio de interação polar fraca e interação de Van der Waals entre as moléculas do corante e as proteínas presentes no córtex do fio de cabelo. Esses corantes são menos solúveis em água do que os utilizados nas tintas temporárias, por isso precisam de mais lavagens para serem retirados.

Estruturas químicas de alguns corantes utilizados em tintas semi-permanentes. Repare na presença do grupo nitro (NO2) em todas as moléculas.

 

Interessante notar que as tintas semi-permanentes utilizam uma mistura de corantes para obtenção das cores desejadas e nessa mistura podem ser incluídos os mesmos corantes ácidos e básicos que são utilizados para tintas temporárias. Isso mostra que a fixação dessas tintas pode ocorrer por mais de um tipo de mecanismo. Aliás, como corantes derivados de nitrocompostos podem apresentar a característica de corante ácido ou básico dado anteriormente, a própria molécula do corante pode se fixar ao fio do cabelo por mais de um mecanismo (sendo assim mais uma influência na duração da cor dos fios).

Estrutura do corante Acid Yellow 1. Observe a presença tanto no grupo sulfônico que o caracteriza como corante a ser utilizado em tintas temporárias quanto do grupo nitro que o caracteriza como corante a ser utilizado em tintas semi-permanentes.

 

Ainda, assim como as tintas temporárias, as tintas semi-permanentes não são capazes de clarear o cabelo, mas somente depositar a cor já visível na própria tinta. Por isso são usadas principalmente para escurecer cabelos brancos ou mudar a cor de cabelos que já estejam claros.

 

Apesar da durabilidade teórica da cor variar nos dois tipos de tinta comentados até agora, ambos são bastante semelhantes, tanto na composição, quanto na aplicação, já que é basicamente composta por corantes que formam uma camada colorida no cabelo que vai saindo com as lavagens. Por outro lado, as tintas permanentes funcionam de forma bem diferente.

As tintas permanentes funcionam por meio de uma reação química que ocorre entre dois componentes que devem ser misturados em meio oxidativo e pH alcalino. Enquanto nas tintas anteriores, os corantes já fazem parte da composição da tinta, aqui o corante será formado no próprio cabelo. Por isso as tintas permanentes não são da cor que o cabelo será pintado.

São necessários três componentes para as tintas permanentes: o agente percursor do corante, o agente acoplador e o oxidante em meio alcalino.
Os agentes percursores são moléculas de aminas aromáticas orto e parasubstituídas com grupos amino e/ou hidróxidos, sendo que um exemplo é a p-fenilenodiamina. Lembram dela do texto anterior? Foi essa molécula que o químico August Wilhelm Hofmann produziu utilizando como base o primeiro corante sintético da história, produzido acidentalmente por seu aluno William Henry Perkin, em 1863.
Os agentes acopladores são compostos aromáticos m-substituídos com grupos doadores de elétrons, como o resorcinol, por exemplo.

Estrutura química da p-fenilenodiamina e do resorcinol.

 

E o oxidante em meio alcalino? Bom, esse componente são duas coisas separadas. As tintas permanentes geralmente usam uma solução aquosa de amônia para deixar o meio alcalino (se você já pintou o cabelo é essa amônia que dá aquele cheiro característicos das tintas permanentes). Então naquele tubinho de tinta que vende na farmácia, além de outros compostos principalmente para o tratamento do cabelo, vem o agente precursor, o agente acoplador e a amônia que deixa o meio alcalino. Já o oxidante é misturado no momento em que a tinta será aplicada no cabelo. Talvez aqui você já saiba a resposta. Sim, o oxidante é o peróxido de hidrogênio, ou mais comumente chamado de água oxigenada!

Quando a tinta é misturada com a água oxigenada, a reação química não acontece imediatamente, o que em termos práticos é ótimo, já que se tem o tempo necessário para a aplicação no cabelo. A presença de um componente para deixar o meio alcalino, serve não somente para que a reação ocorra, mas também, como nas tintas semi-permanentes, para inchar o fio permitindo uma melhor difusão dos reagentes para dentro do córtex.
A mistura de reagentes, então, se difunde e é lá dentro do fio que ocorrem as reações químicas necessárias para a formação do corante. Por isso também é altamente recomendado que a aplicação da tinta seja realizada assim que a mistura seja preparada, evitando que a reação comece fora do cabelo.

Então, de forma resumida, é a oxidação do agente percursor e o acoplamento com outros modificadores (agente acoplador) que forma o corante.

No exemplo da figura abaixo, usando a p-fenilenodiamina como agente precursor e o resorcinol como agente acoplador, podemos ver que a oxidação do agente precursor (A) leva à geração de um composto intermediário (C). Esse composto intermediário é altamente reativo e rapidamente interage com o agente acoplador (D). A molécula formada continua sofrendo reações químicas levando à produtos coloridos. No caso mostrado, essa molécula (E) sofre uma oxidação (lembre que tem peróxido de hidrogênio (B) no meio dessa reação), onde o produto (F) reage com mais uma molécula da diimina (C) formada na oxidação da p-fenilenodiamina, gerando um pigmento de coloração esverdeada (G).

Reação química entre o agente precursor (p-fenilenodiamina) e o agente acoplador (resorcinol) após mistura com peróxido de hidrogênio.

 

O uso de diferentes moléculas como agentes precursores e agentes acopladores levam à formação de moléculas de diferentes colorações. Por exemplo, mantendo a p-fenilenodiamina na reação, mas trocando o resorcinol por outro agente acoplador, como a 4-metoxi-m-fenilenodiamina (mostrada na figura abaixo como 2,4-diaminoanisole), há a formação de um pigmento roxo azulado.

Diferentes agentes acopladores que são utilizados nas tintas permanentes e as cores respectivas dos pigmentos formados. Ref.: Compound Chem.

 

As tintas permanentes geralmente contém diversos agentes acopladores em sua composição, gerando diferentes pigmentos que combinados levam à cor indicada na caixinha dependendo da cor anterior do cabelo. Além dos tipos de moléculas utilizadas e suas respectivas quantidades na composição, a tonalidade final da coloração também depende do pH (que pode variar entre 8 e 10 na maioria das preparações), da velocidade em que os componentes se difundem para dentro do fio, do tempo e da temperatura em que a reação ocorre. Cada preparação tem sua cinética estudada dependendo da composição, por isso é muito importante seguir as recomendações da embalagem ao fazer o uso desse tipo de produto!

Ao final do tempo de reação da tinta no cabelo é importante que o cabelo passe por algum tipo de cuidado, principalmente para que as cutículas dos fios sejam fechadas (quando o córtex do fio é inchado devido ao meio alcalino da tinta, as cutículas são abertas). Pois como já foi dito as condições do cabelo podem fazer variar o tempo de permanência teórico da coloração. Enquanto para a tinta temporária, um cabelo danificado pode fazer com que a cor dure muito mais tempo do que o indicado na embalagem pelo fabricante, a coloração proveniente de uma tinta permanente pode ir “desbotando” com o tempo. Além da própria saída do pigmento de dentro dos fios de cabelo danificados, outra explicação para o desbotamento mesmo em cabelos saudáveis é que as moléculas dos corantes que foram gerados dentro dos fios podem sofrer degradação dependendo do tipo de produtos utilizados nos cuidados dos cabelos, levando à modificação na estrutura química das moléculas e, consequentemente, perda de coloração.

Diferente das tintas temporárias e semi-temporárias, as tintas permanentes podem clarear o cabelo e isso é devido ao uso do agente oxidante juntamente com a tinta. O mesmo mecanismo desse clareamento ocorre na chamada descoloração dos cabelos. E esse mecanismo, juntamente com essa outra forma de modificar a cor do cabelo, será explicado no próximo texto.

 

Até lá.

 

REFERÊNCIAS

Isenmann, A. F. Corantes. CEFET – MG. 2ª ed. 2014.

Robbins, C. R. Chemical and physical behavior of human hair. Springer. 2nd ed. 1988.

Oliveira, R. A. G. et al. A química e toxicidade dos corantes de cabelo. Química Nova, v. 37, n. 6, 2014.

The chemistry of permanent hair dyes.

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