Man jumping into the water

Wasser, ein wesentlicher Bestandteil

Proteine haben eine besondere Affinität zu Wasser, ein wesentlicher Faktor für die Stabilisierung von ihre Struktur. Gebundenes und vom Haar oder der Wolle aufgenommenes Wasser wirkt auf fast alle physikalische Eigenschaften, und kann auch eine Vielzahl von Veränderungen in der Haararchitektur widerspiegeln.
Die Fähigkeit des Haares, große Mengen Wasser zu absorbieren, ist bekannt. Diese Kapazität wurde früher als Mittel zur kontinuierlichen Messung oder Regelung der Feuchtigkeit von Umgebungsluft [Haarhygrometer]. Absorptionsisothermen zeigen, dass Haare absorbiert bei Sättigung ca. 30% seines Trockengewichts.

Spektroskopische, thermische und elektrische Untersuchungen haben gezeigt, dass Wasser ist über Wasserstoffbrückenbindungen unterschiedlich stark an Proteine gebunden, entweder an die Säure oder basischen Gruppen der Seitenketten oder zu den Peptidbindungen, und dass es auf sich selbst kondensieren kann um Cluster zu bilden. Es wurden viele Modelle vorgeschlagen, um die Adsorptionskurve zu beschreiben. Die umfassendsten schlagen drei verschiedene Mechanismen vor, wobei Wassermoleküle binden sich in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) an das Haarprotein:
- Unter 5% RH: Wasser bindet stark an bestimmte Stellen der Proteine (hydrophile Gruppen die von den Seitenketten der sauren und basischen Aminosäuren getragen werden).
- Zwischen 5 und 75% r.F.: Adsorbiertes Wasser ist an schwächeren Wechselwirkungen mit Proteine, oder mit vorher gebundenen Wassermolekülen. In diesen beiden ersten Schritten, zwischen 0% und 75% r.F., die Wasserrückgewinnung (Wasseraufnahmeaufnahme) wird durch modifizierte BET-Gleichungen.
- Über 75% r.F.: Es bilden sich Cluster (mehrere Wassermoleküle, die zusammen oder gebündelt zusammen).

Die Beweglichkeit der Wassermoleküle im Haar ist jedoch immer geringer als in flüssigen Wasser, das die Existenz eines Netzwerks von Wasserstoffbrückenbindungen nachweist. Diese
die Bindung von Wasser an das Protein erklärt die beobachtete Hysterese zwischen der Absorption und Desorptionskurven: Für die Desorption des Wassers muss mehr Energie zugeführt werden.
Die Wasseraufnahme variiert je nach ethnischer Herkunft. Bei einer ähnlichen relativen Luftfeuchtigkeit europäischen und asiatischen Haaren die gleiche Menge an Wasser auf, während afrikanisches Haar weist eine deutlich geringere Wasseraufnahme auf, auch bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit (30%), was sich in einer geringeren Schwellung im Durchmesser widerspiegelt. Es wurde keine Erklärung gegeben für diesen Unterschied.

Die offensichtlichste Manifestation der Wasseraufnahme ist das Anschwellen der Haare. Diese Schwellung ist anisotrop: die Zunahme der Haarlänge beträgt nur etwa 2% von 0% bis 100% RH, während die Durchmesser um mehr als 15 % zunimmt. Der Grund dafür ist, dass Wasser im Wesentlichen von der hydrophilen Matrix in den Kortikaliszellen absorbiert wird, aber nicht in die kristalline und dichte Mikrofibrillen. Die Einlagerung von Wasser in das Haar hat daher wenig oder keine Auswirkung auf die Struktur und die Dimensionen der Mikrofibrillen, wie durch Röntgenstrahlen nachgewiesen wird Beugungsstudien. Bei der Adsorption von Wassermolekülen wird jedoch angenommen, dass an der Grenze zwischen Mikrofibrillen und der Matrix auftreten, und Wasser kann sich leicht verzerren dadurch die Struktur der Mikrofibrillen. Daher widersetzen sich die Mikrofibrillen die Längsquellung der Matrix und damit die Volumenvergrößerung um diametrale das Anschwellen der Haare. Einige Beobachtungen legen jedoch nahe, dass einige nicht-keratinische Bereiche des Haares (insbesondere die CMC, die Endokutikula und die intermacrofibrillären Räume) könnten in gewissem Umfang an der Schwellung der Haare beteiligt. Andere Studien haben gezeigt dass die Aufnahme von Wasser auch mit der Menge der Lipide im Haar zusammenhängt und dass die Wasseradsorption veränderte die Struktur der organisierten Lipide.

Die Wasseraufnahme und die anschließende Quellung hängt hauptsächlich vom pH-Wert ab. Die Quellung ist bei stark saurem pH-Wert begrenzt und durch einen alkalischen pH-Wert stark begünstigt. Wasser hat ein sehr spezifisches Verhalten. Polare Lösungsmittel erzeugen keine Haarquellung, da so wie es Wasser tut. Nur Inhaltsstoffe, von denen bekannt ist, dass sie Wasserstoffbrückenbindungen aufbrechen, haben eine signifikante Quellfähigkeit in wässriger Lösung. Darunter sind Harnstoff, Thioharnstoff, Formamid, Acetamid und Lithiumbromid.