Farbe um dafür zu sterben Understand article

Übersetzt von Daniel Busch. Die grundlegende Chemie von Haarfärbemitteln hat sich über das letzte Jahrhundert nur wenig verändert, aber was wissen wir über die Risiken des Haarefärbens und warum tun wir es?

Alle zwei Monate unterwirft sich Barclay Cunningham einer Prozedur, die mit der Einnahme einer Antihistamintablette beginnt. Nach ein paar Stunden schmiert sie eine dicke Lage Antihistamin-Salbe über ihre Stirn, um ihre Ohren und auf ihren Nacken. Abschließend bedeckt sie die Bereich mit zerrissenen Plastiktüten.

All das, damit sie sich die Haare färben kann.

Es hat allerdings nicht so angefangen. Cunningham hat ihre Haare über zehn Jahre ohne Probleme gefärbt. Dann, eines Tages, fiel ihr auf, dass sich die Haut auf ihren Ohren entzündet hat nachdem sie ihre Haare gefärbt hatte. Sie fertigte sich Ohrenschützer aus Plastik an und färbte weiter. Aber die allergische Reaktion blieb, also wurden ihre Vorsichtsmaßnahmen ausgeklügelter. Wenn sie sich die Haare jetzt ohne diese Vorkehrungen färbt, bekommt sie für Wochen einen juckenden, blasigen und eitrigen Ausschlag.

Leiden für gefärbte Locken ist kein modernes Phänomen. Menschen haben sich seit tausenden von Jahren die Haare gefärbt (siehe Kasten). Allerdings zeigt die chemische Geschichte moderner Haarfärbemittel, dass ihr Fortschritt zum Stehen gekommen ist und sie auf einer 125 Jahre alte Chemie basieren, die früher einmal ein Teil einer innovativen Industrie war.

 

Eine lange Tradition

Archäologische Funde belegen, dass die Verwendung von Farbstoffen durch den Menschen bis in die Altsteinzeit zurückreicht. Die frühen Menschen verwendeten Eisenoxid im Boden, um ihre Behausungen, Bekleidung und Körper in rot zu dekorieren. Es dauerte nicht lange, bis sie die Farbe auf ihren Köpfen verwendet haben.

Antike Ägypter haben ihr Haar ebenfalls gefärbt, aber nur selten, wenn es sich auf ihren Köpfen befand. Sie rasierten es ab, lockten und flochten es zu Perücken um damit ihre kahlen Köpfe vor der Sonne zu schützen. Eine Analyse von Haarproben hat ergeben, dass auch die Griechen und Römer dauerhafte schwarze Haarfarbe benutzt hatten. Sie vermischten Substanzen, die wir heute als Bleioxid und Löschkalk kennen, um einen Bleisulfid Nanopartikel zu kreieren, der entsteht, wenn Chemikalien mit Schwefelverbindungen in Keratin, einem Protein im Haar, reagieren. Als sich das direkte Auftragen von Blei als zu toxisch herausstellte, änderten die Römer ihre Formel und nutzen einen Farbstoff aus fermentierten Blutegeln, die für zwei Monate in einem Bleigefäß aufbewahrt wurden. Nicht so angenehm, wie heutige Farbstoffe!

Die Magie des Mischens

Blaues Haar, um die Zukunft
zu symbolisieren. Model:
Jamie Dietrich

Mit freundlicher Genehmigung
von Kevin Dooley; Bildquelle:
Wikimedia Commons

Das Verstehen der Farben fürs Haar ist nicht so leicht, wie den Farbkreis zu verstehen. Im Kunstunterricht lernen wir, dass jede Farbe durch das Mischen der drei Primärfarben rot, gelb und blau entsteht. Wenn man orange braucht, mischt man gelb und rot, für lila vermischt man rot und blau und für braun vermischt man alle drei.

Kosmetiker lernen das gleiche, wenn es ums Haar geht – dass eine braune Färbung die Kombination von drei verschiedenen Färbungen ist. “Das ist reine Fiktion”, sagt Tom Despanza. Tom hat jahrelange Erfahrung im Bereich Forschung und Entwicklung bei Clairol. Heute ist er im Ruhestand und besitzt seine eigenen Haarfarbenfirma.

“Stattdessen”, sagt Tom, “wird braune Farbe aus zwei Chemikalien hergestellt”. Beide Chemikalien sind farblos, aber sie produzieren Braun durch eine chemische Reaktion, die eintritt, wenn beide kombiniert werden.

Friseure tragen keine Pigmente auf (zumindest nicht im Falle von permanenten Färbungen), sie tragen eine Mischung von Chemikalien auf, um die Farbformation zu initiieren. Die einzelnen Moleküle müssen verbunden werden, bevor sie eine Farbe emittieren, weshalb Haarfärbeprodukte 30 Minuten auf dem Kopf verbleiben müssen, damit die Reaktion stattfinden.

Eine farbenfrohe Entdeckung

Mitte des 19.Jahrhundert synthetisierte der englische Apotheker William Henry Perkin zufälligerweise den ersten nicht-natürlichen Farbstoff: Ausgehend von Kohlenteer, hatte er gehofft das Malariamittel Quinin herzustellen, produzierte jedoch stattdessen Mauvein. Seine Entdeckung revolutionierte die Textilindustrie und gründete die petrochemische Industrie. Natürliche Farbstoffe hatten einfach nicht das Durchhaltevermögen und die kräftigen Farben wie der Farbstoff, den Perkin gefunden hatte. Niemals zuvor wurde ein so langlebiger Farbstoff gefunden.

Kurze Zeit später bemerkte August Hofmann (Perkins Chemieprofessor), dass ein Farbstoff, den er von Kohlenteen abgeleitet hatte, Farbe bildete, wenn er der Luft ausgesetzt war. Das verantwortliche Molekül war Para-Phenylenediamin, oder PPD, der heutige Grundstein der meisten dauerhaften Haarfärbemittel.

Die oxidative Bildung von Haarfarben. Ein erstes Zwischenprodukt, wie PPD (1,4-Diaminobenzen) wird zu einem Imin oxidiert, welches dann mit einem Koppler reagiert. Ein weiterer Oxidationsschritt resultiert im Farbstoff

 

Obwohl Haar, wie auch Wolle, eine Proteinfaser ist, kann der Färbeprozess für Textilien auf dem Kopf nicht dupliziert werden. Damit Wolle einen Farbstoff annimmt, muss man sie für eine Stunde in einer sauren Lösung kochen. Das Äquivalent für die Haare ist das Bad in chemischen Ammoniak. Ammoniak löst die schützenden Proteinlagen, was es der Farbverbindung erlaubt in den Haarschaft einzudringen und auf das darunterliegende Pigment Melanin zuzugreifen.

Melanin gibt der menschlichen Haut, den Augen und den Haaren ihre Farbe. Das Verhältnis von zwei Arten Melanin – Eumelanin und Pheomelanin – das ihre natürliche Haarfarbe bestimmt. Und die Größe und Form der Cluster, die Melaninmoleküle bilden, sorgen für den einzigartigen Ton innerhalb der Haarfarbe. So haben blonde und braunhaarige Menschen ungefähr das gleiche Verhältnis von Eumelanin zu Pheomelanin, aber Blondinen haben insgesamt deutlich weniger Moleküle. Naturblondes Haar enthält auch deutlich kleinere Melanincluster, die das Licht mehr reflektieren, als die großen Cluster in dunklem Haar.

Neben Ammoniak enthalten Haarfärbeprodukte Wasserstoffperoxid, ein Bleichmittel. Peroxid hat zwei Aufgaben: es reagiert mit dem Melanin der Haare, wobei es die natürliche Farbe entfernt, und es oxidiert PPD Moleküle um größere Farbmoleküle zu kreieren. Das gefangene farbemittierende Molekül will somit im Haar verbleiben, weil es zu groß ist, um zu entkommen.

Schon früh haben die Farbenchemiker festgestellt, dass sie das resultierende Pigment manipulieren und somit die Farbauswahl mit PPD alleine vervielfältigen konnten, wenn sie ein sekundäres Molekül, genannt Koppler, zufügten – ein Kohlenstoff hier, zwei Stickstoffe dort. Verschiedene Methoden sind vorgeschlagen worden, aber die Hersteller von Schönheitsprodukten können immer noch nicht auf Haarfärbeprodukte ohne PPD oder seine verwandte Verbindung P-Aminophenol zurückgreifen.

Schädliches Erbe?

Über 125 Jahre war die oxidative Reaktion von PPD das größte Ausmaß der Haarfärbetechnologie. Nach Meinung von David Lewis, Professor emeritus an der Universität Leeds in Großbritannien ist dies “verrückt”. “Ich weiß mittlerweile eine ganze Menge über Farben und Farbstoffe in der Textilindustrie. Wir würden nicht einmal davon träumen, dieses Zeug für Textilien zu benutzen”, sagt er. “Primitiv, archaisch, alle diese Wörter kommen einem in den Sinn. Warum bestehen sie darauf, es auf die Köpfe von Menschen zu schmieren?”

Lewis zog sich vor zehn Jahren vom Akademikerdasein zurück, um Green Chemicals, zu gründen, eine Firma, die das Ziel verfolgt, sicherere Konsumgüter herzustellen. Seine Firma hat ein umweltfreundlicheres Flammschutzmittel auf den Markt gebracht und will nun die Haarfärbemittel überholen.

Grünes Haar
Mit freundlicher Genehmigung
von Lisa Creech Bledsoe;
Bildquelle: Flickr

Ein Aspekt ist die Wirkweise von Farbe: Lewis sagt dass die Moleküle Elektronenplünderer werden. Der Bedarf an Elektronen wird nicht vollständig von anderen Farbmolekülen erfüllt, sodass die Elektronenplünderer auf aggressive Weise die Haut angreifen – was allergische Reaktionen hervorruft und potentiell die DNA beschädigt.

Weltweit machen Haarpflegeprodukte den größten Teil der Schönheitsindustrie aus und generieren fast ein viertel des Umsatzes der Industrie. In den USA benutzen beispielweise geschätzte 70% der Frauen Haarfärbemittel.

Wenn man das Erbe der Haarfärbemittel betrachtet, kann man sich nur fragen, warum weiterhin so viele Menschen ihre Haare färben? Warum sollte sich jemand einem solch langatmigen Brimborium unterwerfen und die Kosten, das Jucken und den Geruch ertragen? Was auch immer unseren Wunsch antreibt, unsere Haarfarbe zu ändern, eine Sache ist dabei sicher: der Mensch hat eine tiefe emotionale Verbindung zur Bedeckung seiner Kopfhaut.

Das ist jedenfalls bei Barclay Cunningham der Fall. Mit gerade mal 12 Jahren begann sie, mit ihrem Haar zu experimentieren und als Erwachsene suchte sie jahrelang nach der richtigen Haarfarbe. “Es ist mir niemals in den Sinn gekommen, meine Haare nicht zu färben”, sagt Barclay. “Das ‚Ich‘ der Haarfarbe scheint aus einer Verpackung zu kommen. Das ‚Ich‘ das aus meinem Kopf herauswächst war nicht das Richtige.”

Danksagung

Dieser Artikel ist eine editierte Version eines Artikels, der zuerst in Mosaicw1 erschienen ist, einer Langformjournalismus-Website des Wellcome Trusts.

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Web References

  • w1 – Der vollständige Artikel kann auf der Mosaic Website angesehen werden.

Resources

  • Für einen vertiefenden Blick auf die Chemie hinter verschiedenen Haarfärbeprodukten hat Compound Chemistry eine Grafik erstellt, die hier heruntergeladen werden kann.
  • Die Geschichte und Synthese von Mauvein wird für Lehrer auf der Lern-Website der Royal Society of Chemistry dargestellt. PDF herunterladen.
  • Bevor chemische Schnellfarbstoffe hergestellt wurden, mussten sich die Menschen mit natürlichen Farbstoffen behelfen, die aus Pflanzen und Tieren extrahiert wurden. Indigo war ein violetter Farbstoff, der verwendet wurde, bevor Mauvein erfunden wurde. Um zu lernen, wie man Indigo selber extrahieren kann:

Author(s)

Rebecca Guenard ist ein waschechter Mathe- und Naturwissenschaftsnerd mit einem Doktortitel in Chemie als Beweis. Sie verbüßte eine Zeit im akademischen Bereich, bevor sie ihre Erfüllung als wissenschaftliche Autorin fand. Jetzt flitzt sie von einem interessanten chemischen Thema zum nächsten. Momentan erforscht sie die Gesundheits- und Schönheitschemie. Sie hat für die Chemical Heritage Foundation, Kids Discover und Scientific American geschrieben. Sie können Beispiele ihrer Arbeit und Gedankenspiele auf atomic-o-licious.com finden. Oder folgen Sie ihr auf Twitter @BGuenard.  


Review

Viele Wissenschaftler werden in der Regel von den Explosionen und Farbwechseln der Chemie verführt. Der Artikel zeigt, wie sinnvoll dieses Interesse sein kann und warum es auf jeden Fall ermutigt werden sollte.

Der Artikel erzählt die Entwicklungsgeschichte von Farbstoffen – mit besonderer Beleuchtung von Perkins Entdeckung von Mauvein und inwieweit eine zufällige Entdeckung die Erfindung zahlreicher Konsumgüter ermöglichte.

Die sonderbare Geschichte der Farbstoff- und Farbenchemie könnte zu einer Studie über die chemische Synthese natürlicher Farbstoffe und die Effekte ihrer Benutzung führen. Eine Herausforderung wäre sicherlich zu überprüfen, ob Schulchemiker Farben synthetisieren können, die im Fachbereich Kunst benutzt werden können. Lehrerinnen und Lehrer könnten diesen Artikel außerdem dazu verwenden, den Unterricht mit bedeutenden Geschichtsthemen (Geschichte der Medizin und Kosmetik) und Kunstthemen (Methoden der Färbung von Textilien und Fasern) zu verbinden.


Graham Armstrong, Kinross High School, Schottland




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