Folgende Frage wurde an mich gestellt:
Wir können! Vor allem, weil wir wissen, dass der Chemieunterricht immer mehr mit Themen aus dem Bereich „Kosmetische Chemie“ angereichert wird [1]. Aus dem Kurztext für das Wissenschaftsforum (http://www.wissenschaft-im-dialog.de/faq.php4) habe ich dann noch einen längeren Text als Tipp des Monats gemacht.
Bild 1: Black and White – jeder Haartyp kann umgefärbt werden
Bei der Herstellung von Färbemitteln muss man aber auch an den Aufbau der Haare denken. Da gibt es viele Hohlräume, in denen Farbstoffmoleküle abgelagert werden können. Außerdem sind Haare Wasser abweisend und in Wasser nur wenig quellfähig. Haare und Wolle gleichen sich deshalb auch chemisch, was schließlich auch für das Färben gilt. Ein Unterschied besteht allerdings: Beim Wollefärben geht es manchmal ganz schön ruppig zu: Da wird gekocht, im Heißdampf gebrüht und mit echt harten Chemikalien gearbeitet. Deshalb wohl müssen Schafe vor dem Färben ihrer Wolle geschoren werden. Das alles können wir unserem Kopf natürlich nicht zumuten…
Dunkle Haare sind mit körpereigenen Farbstoffen gefärbt. Es handelt sich um Farbstoffe, die durch die Oxidation von phenolischen Aminosäuren wie Tyrosin entstehen. Man spricht von Melanin (griech. melos, schwarz). Will man dunkles Haar färben, so muss man es zuvor oftmals bleichen. Zu dieser speziellen Haarbehandlung haben wir eine besondere Webseite. Bei der Herstellung von Färbemitteln muss man aber auch an den Aufbau der Haare denken. Da gibt es viele Hohlräume, in denen Farbstoffmoleküle abgelagert werden können. Außerdem sind Haare Wasser abweisend und in Wasser nur wenig quellfähig. Zur Färbung stehen einmal die äußeren Bereiche des Haars zur Verfügung. Intensive und permanente Färbungen setzen die Einlagerung der Farbstoffe in innere Hohlräume der Haare voraus. Die Bindungen zwischen Keratin und Farbstoff sind chemischer Natur. Es handelt sich auf der Seite des Keratins um Aminosäurereste, an die die Farbstoffmoleküle andocken müssen.
Die Mischungen müssen so zusammengesetzt sein, dass ein einheitlicher Farbton entsteht. Es könnte ja auch so sein, dass ein Stoff leichter auswaschbar ist; dann verändert sich mit der Zeit natürlich die Haarfarbe.
Fuchsin als Beispiel für ein temporäres Haarfärbemittel
Das sind zunächst einmal pflanzliche Farbstoffe. Vielen Leuten ist das Henna bekannt, das erstaunlich fest haftet. Dieser rötliche Farbstoff („Lawson“ nach dem wissenschaftlichen Namen für die Henna-Pflanze Lawsonia inermis) liegt zunächst nicht frei vor, sondern als Glykosid. Das muss im Verlaufe des Färbevorgangs oder davor einem Fermentationsprozess unterworfen werden. Dabei wird das Glykosid durch Bakterien hydrolysiert, indem der Zuckerrest abgespalten wird. Dann wird die Substanz oxidiert. Das ganze erinnert ein wenig an die Küpenfärbung beim Indigo, das (wie es schon bei den alten Ägyptern geschah) aus Gründen der Farbabdunkelung dem Henna oftmals beigemischt wird.
Problematisch ist bei Henna aus unbekannter Herkunft, dass oftmals zur Verstärkung des dunklen Farbtons unerlaubt p-Phenylendiamin beigemischt wird. Dieser Stoff ist (obwohl er bei der Permanentfärbung genutzt wird; siehe unten) gesundheitlich äußerst bedenklich, vor allem, wenn unsachgemäß mit ihm umgegangen wird. Hinzu kommt, dass die Henna-Paste ja stundenlang auf der Haut bleibt - und damit auch das p-Phenylendiamin! Es gibt aber auch synthetische Tönungsfarbstoffe. Einige von ihnen sind auch als Lebensmittelfarbstoffe bekannt. Gern genutzt werden die Nitrofarbstoffe. Nitroverbindung als Beispiel für ein semipermanentes, gelbes Haarfärbemittel
Ab und zu verwendet man auch noch metallsalzhaltige Farben. Diese aus der Wollfärberei bekannten „Beizenfarbstoffe“ nimmt man nicht mehr so gern, weil die Metallsalze (vor allem von Chrom) giftig sein können. Es gibt aber noch eine Reihe von Pigmentfarben wie den Sulfiden, bei denen man vor allem von Silbersalzen ausgeht. Bekannt ist auch der Effekt von Kupfer(II)-salzlösungen auf blondes Haar. Man kann es grün färben, da Kupfer(II)-Ionen stark an Keratin binden. Das passiert aber leider auch, ohne dass man es will, oftmals beim Bezug eines neuen Hauses, wenn die frischen Wasserleitungen noch Kupfer abgeben.
Bild 2: Haarproben mit Farbbeispielen (Foto: Blume)
Entstehung von Oxidationsfarben beim Haarefärben Den genauen Ablauf dieser Farbreaktion zeigen wir hier. Die Oxidation wird durch alkalisches Milieu gefördert. Denn bei der Oxidation des Entwicklers und des Primärprodukts „Leukofarbstoff“ werden Protonen freigesetzt, die den Fortgang der Oxidation stören. Entwickler-H2 > Entwickler(ox) + 2 H+ + 2 e- Dass man beim Haarefärben mit alkalischen Lösungen arbeitet, hat aber noch einen ganz anderen Grund: Damit die entstehenden Farbstoffe nicht mehr auszuspülen sind, müssen sie vor allem im Inneren der Haare synthetisiert und abgelagert werden. Um die Ausgangsstoffe sowie das Oxidationsmittel überhaupt erst einmal in die Haare eindringen zu lassen, müssen die Haare aufquellen. Das geschieht durch ein alkalisches Medium wie zum Beispiel stark verdünnte Ammoniaklösung.
Ein beim Haarefärben gern genutzter Farbentwickler ist auch das p-Aminophenol. Diese ungiftige Substanz entsteht, wenn man das Medikament Paracetamol hydrolysiert. Je nach gewünschtem Farbton verwendet man unterschiedliche Kombinationen von Farbentwicklern und Farbkupplern. So gibt es Farbkuppler für Blaugrün (Cyan), Magenta (Purpur) und Gelb. Die Mischung der daraus gebildeten Farbstoffe ergibt den Farbton des Färbemittels („subtraktive Farbmischung“). Es ist also alles genauso wie bei der Farbfotografie oder beim Farbdruck. Bild 3 (Foto: Blume)
Diese Seite ist Teil eines großen Webseitenangebots mit weiteren Texten und Experimentiervorschriften auf Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie. Letzte Überarbeitung: 01. April 2012, Dagmar Wiechoczek
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