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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Älexander Klima F.-Ebertstr. 113/003

• 35039 Marburg

06421/42906

WS 1992/93

Dozent: Dr.J. Butenuth

Obungen im Experimentalvortrag

Experimental vortrag Kosmetik

Chemie in der Schule: www.chids.de

Einleitung:

***Herkunft, Bedeutung: Kosrnetike (gr.) == Die Kunst des Schmückens Kosmetikos (gr.) schmückend

Kosmein ^{(gr. ) Ordnen, Schmücken}

*** Heute allgemein: Kosmetik Schönheitspflege,

*** Definition: Unterliegt dem Gesetz für Lebensmittel und Bedarfsgegenstände.

*** Der Gesetzgeber unterscheidet klar zwischen Arzneimitteln und Kosmetika~ Der Einsatz von rezeptpflichtigen Substanzen ist in Kosmetika laut Kosmetik ...Verordnung (KM-Va 1977) verboten.

Die Bezeichnung Kosmetik-Chemiker ist ges. nicht geschützt, während Ko'smet i.ke r Ln eine staatl.anerkannte Berufsbezeichnung ist, die Ausbildung in Fachschulen beträgt 2 Jahre.

Geschicllt:e:

Prähistorische Funde aus Alicante (E) und Lescaux {F} belegen, daß schon da~als Frauen ihre Gesichter und Hände rot färbten.

Als Wiege für die europäische Entwicklung gilt die ägyptische Kul- tur, diese übernahmen die Römer und entwickelten daraus ihre

Badekultur.

In der Antike herrschte keine Trennung zwischen Medizin und Kosmetik, wegweisend waren Galen (Galenik) und Hippokrates.

Erst Lm ,MA erfolgte .ei.ne Trennung ( die Kosrn. wurde hier vorwiegend von Alchemisten betrieben.

Lange Zeit war die K. ein Privileg der Reichen, erst in der

Neuzeit {ehern. Ind.) wurden kosrnet. Produkte auch für die gesamte Bevölkerupg erschwinglich.

Unterteilung:

Reinigungsmittel

Mit~~l zur Pflege/Erhaltung der Haut Mittel für Haarpflege und Veränderung Dekorative Kosmetik

( Verschönerung der Haut )

Diese Untergliederung wird in der Lit. sehr unterschiedlich gehandhabt.

Wirtschaftl. Bedeutung: 1989 betrug der Produktionswert an

Kosmetika 7,5 Mrd. DM, wobei der Löwenanteil die Hautcremes/Lot- ionen waren (1,3 Mrd.)

Die KM-VO schreibt keine Deklarationspflicht vor, solche Angaben sind fr0iwillig, falls nicht anders vermerkt, sind Kosmetika mind.

30 Monate haltbar.

Das sog. CTFA-System ( The Cosmetic, Toiletry and Fragrance Asso- ciation ) bedeutet: Inhaltsangabe nach abnehmender Konzentration.

Reinigungsmittel:

Das klassische R. ist die Seife, allgemein Alkali-Salze der Fettsren.: Na Kernseife

K --- Schmierseife

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~ Schon vor 4000 Jahren gewannen die Sumerer eine Art Schmierseife aus Tierfett und Holzasche (Pottasche

=

Die Wirkungsweise der Seifen basiert auf der Tatsache, daß diese Mol. aus einem hydrophilen u. -phoben Teil bestehen und durch Bildung von Mizellen eine Vermittlung zwischen Wasser und Fett herstellen.

Fettsäuren sind Carbonsren. ab C-6-Körper.

Laurinsre.

Palmitinsre.

Stearinsre.

ölsre.

C 12 C 16 C 18

C 18 ( Ix ungesätt.)

Je größer das Seifen/Tensidmol. desto hautmilder.

Tenside (Tension [gr.]

=

grenzflächenaktive Stoffe, die die Oberflächenspannung des Wassers herabsetzen, sie werden auch Detergentien genannt.

Versuch 1} Herstellen ei n e r Seife Geräte: Magnetrührer

Rührfisch 2 cm Becherglas 250 ml Plastikschüssel Leinentuch

Löffel

Chemikalien: NaOH 10%

Olivenöl NaCl Na2Co3

20 ml Olivenöl werden mit 40 ml NaOH 10 % versetzt und im

Becherglas 20 mi n gekocht. Anschließend wird diese Seifenlösung zu Aussalzen in eine Lösung geschüttet, die aus 8 g NaCl und 2 g

Na2Co3 in 50 ml Wasser besteht. Der sog. Seifenkuchen wird durch ein Tuch abgepreßt und anschließend ein Waschtest durch geführt.

+ R -

10/&

<C)

r~/

o - ^{C- R}

OH I

Chemie in der Schule: www.chids.de ~.

+

^C

\. 0 1-1

R-OH+R-

Unterteilung:

w

Tenside/Detergentien besitzen wie Seifen ein hydrophiles u.

-phobes Ende. Häufig verwendetes Tensid in Shampoos und Duschgels ist das Natriumlaurylsulfat:

eH-fe

_{l \} IJ) - ^{0 - S 0 e , IV} _~

L

1-1 3 a

Anion. Tenside Kation. "

amphotere "

nichtionogene Tenside

In kosmet. Produkten werden meist anion. und nichtionogene

Tenside ,e i n g e s e t z t . Im Gegensatz zu Seifen bilden sie mit hartem Wasser keine Kalkseifen und sind nicht so stark alkalisch, man kann sie auf den pH der Haut einstellen.

Die Talgabsonderung der Schweißdrüßen wird durch die Hautflora zersetzt, so daß z. T. freie Fettsren. entstehen und der sog.

Hydro-Lipid-Mantel der Haut einen pH von 4,8 - 6,5 besitzt.

Versuch 2) Unterscheidung von' Seifen und Tensiden Geräte: 2 Reagenzgläser

RG-Halter Projektor

Chemikalien: Seifenlösung Tens1dlösung CaC12-Lösung

Je ein RG wird mit Seifen- bzw. Tensidlösung gefüllt und mittels Halter in den Strahlengang des Projektors gebracht. Zu 'b e i d e n RG wird nun 1 ml CaC12-Lösung 20% gegeben, hierbei zeigt die Seifen- lösung eine deutliche Trübung von ausgeflockter Kalkseife

( Ca-Salz einer Fettsre.) . Die Tensid-Lösung bleibt unverändert.

z _{+ Z}

..,.. ( 7...(i)

. ()

~x

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Zusanlmensetzung von Syrrde^t sIDuschgels (SJ~I2tlletisehe Detergen tien) ; Tenside: sog. WAS ( waschaktive Substanzen)

Rückfetter: Lanolin ( Wollwachs ), Polyethylenglykole ( PEG ) Verdickungsmittel: PEG, NaCl, Fettsre.-amid ( Cocoamid DEA )

Schaumstabilisatoren: Fettsre.- Eiweiß- Kondensate

Perlglanzmittel: höhere Fettalkohole, Fettsre.- alkanolamide Konservierungsmittel: Parabene

Parfümstoffe: äther. öle, Parfümöle

Wirkstoffe: Pflanzenextrakte, tier. Extrakte (Eidotter)

Hautpflegemittel:

Eine Creme ist eine Emulsion von Wasser und Fett/öl, diese heiden Stoffe sind nicht mischbar. Durch Zugabe von Emulgatoren wird

jedoch eine Mischung (Emulsion) gewährleistet.

Emulgatoren entsprechen in ihrem Aufbau dem der Tenside.

Hier ist eine Emulsion eine Mischung von

Stoffen, die normalerweise nicht mischbar sind Fetttröpfchen sind im Wasser verteilt

Emulgatoren überziehen die Fetttr. mit ·einem Film dadurch verinderung des Zusammenfließens

keine Entmischung

Verwendete Emulgatoren sind: Tenside

Mono- u. Diglyceride von Fettsren.

Phospholipide wie Cholesterin und Lecithin

11

....--...

' - Inhaltsstoffe von Cremes/Lotionen:

Konsistenzgebe~: Bienenwachs, Cetylalkohol ( C 16 ), Vaselin Polyethylenglykol

Ethylalkohol: Wirkt erfrischend und desinfizierend Feuchthaltespender: Aloe vera, Pfl.-extrakte

mittel: Glycerin, Sorbit, Glykol

Wirkstoffe: Vitamine, Kollagen, Bisabolol (Kamillenext.) Konservierungsstoffe: Parabene, Kaliumsorbat

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Versuch 3) Herstellen einer Creme (Emulsion

Geräte: Becherglas 100 ml Rührfisch

Magnetrührer Chemikalien: Olivenöl

Wasser

Cholesterin

In das Becherglas werden 30 ml öl und 30 ml Wasser gegeben, nach kräftigem Rühren kommt es zur Entmischung und zur Ausbildung von 2 Phasen, die obere Fett- und untere Wasserphase. Nun wird ca. 5 g Cholesterin dazugegeben und wiederum kräftig gerührt, nun entsteht eine weiße Emulsion, die sich nicht entmischt.

+

l I

OL ^, 2

oL +

Nun gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Emulsions-typen;

die häufigere öl-in-Wasser ( O!W ) und die Wasser~in-öl ( W/O ) Emulsion, letztere stellt die Fettcremes dar. Entscheidend ist nicht nur die Mengen- Relationen, sondern auch der Emulgator, welcher mitentschedend ist, was für eine Emulsion' entsteht.

Emulsionstyp o / W

w

äußere Phase Wasser

öl

I

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Versuch 4) Unterscheidung dsr Emulsionstypen Geräte: Trafo

Amperemeter

Leitfähigkeitsmesser Kabel

2 Porzellanschalen Glasstab

Löffel

Chemikalien: Methylenblau (wasserlösI.) Sudanrot (öllösI.) Hautcreme (Bodylotion)

Fettcreme ( Babyarschcreme)

Der Leitfähigkeitsprüferwird in beide Creme-Typen gehalten, wobei man einen Unterschied bezüglich der Leitfähigkeit feststellen

kann. Nur die O/W - Emulsion zeigt eine L., da hier die äußere Phase Wasser ist und durch vorhandene Elektrolyte eine L.

auftritt, wenn öl die äußere Phase darstellt ist keine L.

vorhanden .. ( keine Elektrolyte ).

Anschließend werden beideCremes mit Sudanrot und Methylenblau gerührt. Die untere Tabelle zeigt an, wo es zu einer vollständigen

-~ Färbung kommt.

o /

======)

======)

, Anfärbunaen:

W / 0

keine "

o /

n

Methylenblau Sudanrot

nein

färbt rot

färbt blau nein

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•

Sonnenschutzmittel:

haben die Aufgabe, die UV-Strahlen zu absorbieren und zu verhindern, daß diese in die Haut eindringen und schädigen.

Im Gebirge und am Äquator ist die Intensität höher.

Man unterscheidet 3 verschiedene Arten:

UV A: 320 - 380 nm

Führt zu einer direkten, nicht sehr starken Bräunung ( Pigmentierung ) der Haut

--- UV B: 280 - 320 nm

Indirekte, intensivere Bräunung als UV A, aber auch

Auslöser für Sonnenbrand und Hautkrebs ( Schädigung der DNS )

--- UV C: 250 -280 nm

Sehr energiereiche Strahlung, kommt erst ab 4000 rn Höhe vor.

Trifft nun UV Strahlung auf die Haut, so reagiert diese mit Bildung von Melaninen (Pigmentierung ) um sich zu schützen, letztere absorbieren die UV - Strahlen.

Der sog. Lichtschutzfaktor (LSF) gibt an, um wieviel länger man sich in der Sonne aufhalten kann als ungeschUtzt;

ohne Risiko eines Sonnenbrandes.

Sonnenschutzmittel enthalten außer den üblichen Bestandteilen von Hautcremes noch UV - Absorber wie:

Pigmente (Ti02, ZnO ) ,

Derivate der para-Aminobenzoesre.

der Salicylsre. ( Salol ) Zimtsre.ester

PABA )

Versuch 5 ) Wirkungsweise von Sonnenschutzmitteln Geräte: Overhead- Folie

Löffelspatel UV - Lampe Alu - Folie

Chemikalien: Filterpapier

KN03

Naphtyl- amin Sulfanilsre.

Hautcreme Sonnenmilch Sunblocker

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Ein- Filterpapier wird in gesätt. KN03-Lösung getaucht und

getrocknet, dann mit einer Lösung von Naphtylamin und Sulfanilsre.

behandelt und getrocknet. Das so hergestellte Reagenzpapier ist sehr lichtempfindlich und muß in Alu-Folie aufbewahrt warden.

Auf dieses. R .. -Papier wird eine OH- Folie gelegt und auf diese kommen 3 gleich große und gleich dicke Schichten von Hautcreme, Sonnenmilch und Sunblocker. Anschließend bestrahlt man mit einer starken UV - Lampe 5- 10 min. ( oder ca. 1 - 2 std. ans Fenster).

An den Stellen, die unbehandelt blieben und bei der Hautcreme ist eine starke Rotfärbungzu beobachten. Die Stellen unter den heiden Sonnenschutzmitteln sind deutlich heller bzw. weiß, da diese die UV - Strahlen absorbierten und das R. - Papier nicht röten

konnten . Die UV _~ Strahlung reduziert <!las Kl103 zu Nitrit'-Ionen, diese reagieren mit den·heiden anderen Substanzen zu einem roten Azo-Farbstoff ( üblicher Nachweis für N03- und N02~ Ionen )

tv= A/-

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Mittel zur Zahnreinigung / -Pflege

Das meist verwendetste Putzmittel ist die Zahnpasta, diese ist eine cremige Paste~ welche aus dem eigentlichen Putzmittel, einem Poliermittel, Bindemittel, Wasser und anderen Wirkstoffen besteht.

Seltener zum Einsatz kommen Zahnpulver, welche aus Schleifmitteln, Seifenpulver, Aroma- u. Wirkstoffen bestehen.

Bestandteile einer Zahnpasta:

Schleif- o. Poliermittel: Naturkreide (Kalk) ^t Calcium- phosphate, kolloidale Kieselsre.

--- Tenside: meist Natriumlaurylsulfat (NLS), Fettsre.-Eiweiß- Kondensate (unterstützen die Reinigung durch

benetzende Wirkung )

Wirkstoffe: Karieshemmer (Na2P03F), Allantoin ( entzündungshemmend )

Aromas~offe: äther. öle ( gegen Mundgeruch! überdecken Eigengeschmack der Tenside und Putzmittel, wirken erfrischend )

Da die Polierstoffe die eigentlichen Reinigungskomponenten darstellen, soll im folgenden Versuch eine quant. Bestimmung von Ca ( CaC03 )rnittels Komplexometrie durchgeführt werden.

Versuch 9) Komplexometrische Besti~mung des CaC03-Gehaltes in Zahnpasta

Geräte': 20ml Pipett.e 100 ml 11eßkolben 50 ml Bürette Trichter

Stativmaterial Erlenmeyerkolben

" " vi Chemikalien: Eisessig

Zahnpasta (nicht flouridhaltig!

Calconcarbonsre.

0,1 rn EDTA~Lösung

I'lH3-Lösung

1 g Zahnpasta werden mit 20 ml Eisessig gekocht, das CaC03 dadurch aufgeschlossen, aufbereitet und auf 100 ml im Meßkolben

aufgefüllt.

10 ml dieser Lösung werden mit lml NHJ und etwas Calconcarbonsre.

(Indikator) versetzt und mit 0,1 M EDTA - Lösung von violett nach blau titriert.

lml EDTA

==

Ca2+ + [Hlnd]2-

====>

ro~orange

H+

[CaInd]- + [XH2]2- =====> [CaX] 2- + farblos

[Hlnd]2- + H+

Zahnpasta enthältChemie in der Schule: www.chids.deca. 20% - 50% CaCO]

•

•

Haarbehandlungsmittel

Das Haar besteht aus 3 Schichten:

Harrmar~ in der Mitte des Haares

die Faserschicht, die aus Einzelfibrillen besteht und mittels Kittsubstanz zusammengehalten werden

die äußere Schuppenschicht ( Schutzhülle ) ^I die aus - schuppenförmigen Plättchen besteht

Die Haarsubstanz besteht hauptsächlich aus Keratin ( sog. Sklero- protein). Um die Haare und Kopfhaut zu reinigen, verwendet man Shampoos ( aus dem Hindustanisehen ==) Massage )

Die Zusammensetzung dieser Shampoos ist ähnlich der Duschgels.

Haarkonditionierungsmittel werden meist als Kur, Balsam, Conditio- ner angeboten, sie verleihen dem Haar Glanz, Kämrnbarkeit und

verhindern .hauptsächlich die sog. Flattrigkeit ( Fliegen)

der Haare. Hauptwirkstoffe sind kationische Tenside, die das Haar nach dem Waschen mit einem Film überziehen, der das elektro-

stati~che Abstoßen ( durch anionische Tenside ) verhindert.

Poröses, brüchiges Haar wird so geglättet und erh&lt Fülle, Glanz und Kämmbarkeit.

Weiter Inhaltsstoffe: Fettalkohole (PEG) Lanolin

Proteine

Pflanzenextrakte

Jüngste Entwicklung~sinddie sog. Kombi- Shampoos, d.h. diese enthalten Shampoo und Konditionierungsmittel in einem.

Haarverformungsmittel

Die natürliche Haarform ( Locken, Wellen, Krause ) wird bestimmt durch .die Struktur der Faserschicht. Die dafür verantwortlichen Polypeptidketten sind durch folgend Brückenarten miteinander

verk~üpft:

Wasserstoffbrückenbindungen ( WBB ) Salzbrücken

Peptidbrücken Disulfldbrücken

Letztere spielen bei der sog. Dauerwellverformung die wiChtigste Rolle, hauptsächlich werden die Disulfidbrücken vom Cystein

gebildet.

Früher wurde die Dauerwelle in der Hitze ( 100⁰ C ) mit Wasser oder Borax - Lösung hergestellt. Seit 1941 wird die schonendere Kaltdauerwelle angewandt. Bei ca. 50° C wird mit Hilfe des

Reduktionsmittel Thioglykolsre. die Disulfidbücken gespalten, durch Eindrehen von Wicklern kommt es zur Neuanordnung der Peptidketten und anschließend durch das Oxidationsmittel H202 werden die Bindungen neu geknUpft.

I

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Versuch 7) Herstellen einer Dauerwelle

Geräte: Petrischale

Heizplatte o. -Lampe 2 Wickler

2 _Haarsträhnen

Chemikalien: Thioglykolsre.

H202

Die Haarsträhnen werden auf die Wickler gewickelt und in die

Petrischale gelegt, anschließend mit der Thioglykolsre. behandelt und 20 min. mittels Heizquelle auf ca. 50° cerwärmt.

Danach werden die beiden Haarsträhnen ( Auf den Wicklern lassen mit Wasser gut ausgespült und in der Petrischale mit 12% H202 - Lösung getränkt und wiederum 20 min einwirken lassen.

Danach wieder gut ausspülen, die Haare sind nun mehr o. minder gewellt .

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Literaturverzeichnis:

Sonderheft: Kosmetik ökotest

Naturwissenschaften im Unterricht Physik/Chemie, Jg. 34, 1986, Nr. 17

Kosmetologie, J. Jellinek, Hüthig Verlag, Heidelberg, 1976 Praxis der Naturwissenschaften Chemie, Jg. 23, 1974, Heft 2 Enzyklopädie der techn. Chemie, Ullmann, Band 10, S. 683 f f Cremes und sanfte Seifen, J. Pütz, Köln, 1990

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