La coloration permanente en cosmétique pour les cheveux

Role, synthése et molécules de colorants
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Cette coloration, employée dans 80% des cas, repose sur un principe de combinaison oxydante de deux composants précurseurs appelés base et coupleur, qui créent le colorant après adsorption. A partir de deux composants moléculaires de masse réduite et de bonne capacité de diffusion dans la fibre, on obtient un produit colorant peu soluble, fortement adsorbé et très peu sensible à l'élution, quel que soit l'agent utilisé..
La phase d'oxydation se fait en présence d'eau oxygénée en milieu légèrement basique (pH = 9,5), ce qui explique la mise en œuvre de solutions ammoniacales, peu nocives mais à forte capacité de gonflement du cheveu.
Ces deux composants à forte affinité pour le cheveu constituent la base et le coupleur. La base est constituée de phénylène-diamines ou d'aminophénols para- ou ortho-disubstitués. Les coupleurs sont des phénylène,-diamines, des aminophénols ou des diphénols (méta substitués). Dans l'exemple des phénylènes diamines, une oxydation en para-di-iminoquinone est obtenue par l'eau oxygénée alors même que l'autre substance, le coupleur, n'est pas transformée. Ce dérivé quinonique est instable et très réactif. Il réagit dès son apparition avec le coupleur.

La synthèse du colorant est déclenchée ici par l'introduction d'un oxydant, une solution d'eau oxygénée avec des temps de contact bien définis de l'ordre de trente à quarante-cinq minutes. Cette méthode, appliquée à température ambiante est couramment pratiquée dans les salons de coiffure sans risque puisque l'on ne dénombre pas plus d'un cas d'allergie cutanée pour 100 000 expositions. L'opération de coloration "permanente" est suivie d'un rinçage à l'eau qui élimine les excès de colorant. Ces formulations sont aujourd'hui commercialisées par dizaines et couvrent toutes les nuances du bleu violacé au pourpre, blond, gris, gris nuancé de mauve, etc.

Par la voie du cosmétique réactif, on peut atteindre toutes les nuances recherchées d'autant plus que le traitement, dans sa première phase à l'eau oxygénée, induit un éclaircissement des mélanines comme dans le cas des colorants semi permanents. Les plus belles nuances peuvent ainsi être obtenues par des dosages des couples base/couleur dans des formulations qui contiennent également des composés basiques, un antioxydant sous forme de thiol ou d'hydroquinone protecteur des bases et éventuellement des colorants directs pour orienter les reflets et les nuances recherchés.

MECANISME DE L’OXYDATION

 

Pour formuler des colorants

 

            Le problème n’est pas simple. Chacun des intermédiaires définis ( base ou coupleur ) peut donner naissance par oxydation et polymérisation à un pigment qui se fixe sur la kératine.

            Il est bien connu que l’oxydation des para-phénylènediamines (PPD) conduit aux quinonediimines correspondantes et que l’oxydation des para-aminophénols conduit aux méta-aminophénols substitués éventuellement sur le noyau (par des atomes d’halogènes ou des radicaux CH3 ou OCH3 par exemple), et à condition que la position en para du phénol reste libre, les quinonediimines se condensent sur ces composés avec formation d’indoanilines, et les quinonemonoimines avec formation d’indophénols.

            Tant qu’il s’agit de l’oxydation d’une base prise isolément ou de mélange binaires base-coupleur, la suite des réactions chimiques peut être décrite assez aisément. A partir du moment où trois, quatre ou cinq précurseurs sont en présence, comme il est courant dans les formules de teintures capillaires, il devient extrêmement compliqué d’exposer le mécanisme de la copolymérisation oxydative.

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous nous contenterons, à titre d’exemple, de décrire la condensation de la PPD sur elle même, et les couplages de la PPD d’une part avec la méta-phénylènediamine et d’autre part avec le résorcinol.

            En présence d’oxydant, la PPd est transformée (Eq.1) en quinonediimine, produit d’oxydation particulièrement réactif vis-à-vis des agents nucléophiles.

            La formation de colorants d’oxydation implique donc l’oxydation préalable de la base (PPD) pour donner naissance à un dérivé intermédiaire réactif. En toute rigueur, il n’est pas certain que cet intermédiaire, plaque tournante des réactions de copulation oxydatives, soit la quinonediimine, le véritable réactif pourrait bien être l’ion quinonediiminium, première étape du processus d’oxydation de la PPd en quinonediimine.

 

OXYDATION DE LA PARA-PHENYLENEDIAMINE

 

            La quinonediimine se copule avec la PPd pour former une diphénylamine, qui à son tour est oxydée et se couple avec la PPD pour donner un dérivé à 3 noyaux benzéniques fortement coloré en bleu.

 

 

 

 

 

 

 

La réaction en chaîne se poursuit et conduit à la formation d’un pigment noir dont la structure n’est pas parfaitement établie.

 

 

CO-OXYDATION DE LA PARA-PHENYLENEDIAMINE AVEC LA META-PHENYLENEDIAMINE

 

            Le processus comporte quatre étapes :

 

1)                 Formation de quinonediimine comme ci-dessus par oxydation de la para-phénylènediamine.

2)                 Formation de leuco-indamine par addition de la méta-phénylènediamine sur la quinonediimine.

3)                 La leuco-indamine est oxydée en amino-indamine.

4)                 L’amino-indamine réagit avec la para-phénylènediamine pour former un colorant bleu violet à 3 noyaux benzéniques qui peut à son tour copuler avec la quinoneimine ou entrer dans de nouvelles séquences oxydation/copulation pour donner des pigments « polynuclées ».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CO-OXYDATION DE LA PARA-PHENYLENEDIAMINE AVEC LE RESORCINOL

 

1)                 La réaction de la quinonediimine avec le resorcinol donne naissance à un leuco-indophénol rapidement oxydé en indophénol.

2)                 Par copulation avec le PPD, l’indophénol donne un colorant tri-nucléé vert, qui à son tour peut s’additionner sur l’indophénol pour former un colorant à 5 noyaux, ou subir une nouvelle oxydation suivie d’un autre couplage.