使用反应性聚乙二醇衍生化头发的方法.pdf

本发明公开了一种通过对头发共价结合包括聚乙二醇的聚合化合物而保护头发的方法。

1.  一种通过对头发共价结合包括聚乙二醇的聚合化合物而保护头发的方法。

2.  权利要求1的方法，其中聚合化合物包括至少一个与中央骨架共价连接的聚乙二醇的聚合物片段。

3.  权利要求1或2的方法，其中中央骨架包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯基团或其混合物。

4.  前述权利要求中任一项的方法，其中聚乙二醇或聚乙二醇片段的分子量Mw为5,000到60,000。

5.  权利要求3或4任一项的方法，其中中央骨架内的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯基团的数量为2到10。

6.  聚乙二醇的反应性衍生物用于衍生化头发的用途。

7.  权利要求6的用途，其中反应性衍生物选自丙烯酸化聚乙二醇反应物或甲基丙烯酸化聚乙烯聚乙二醇或其混合物。

8.  权利要求6或7的用途，其中聚乙二醇的反应性衍生物的反应性基团选自：α-醛、α-马来酰亚胺、α-N-羟基琥珀酰亚胺或α-二氢唑酮。

9.  权利要求8的用途，其中反应性基团是α-N-羟基琥珀酰亚胺。

10.  与包括聚乙二醇的聚合化合物共价结合的头发纤维。

11.  权利要求10的头发纤维，其中聚合化合物包括聚乙二醇、丙烯酸化聚乙二醇或甲基丙烯酸化聚乙烯聚乙二醇或其混合物。

使用反应性聚乙二醇衍生化头发的方法
技术领域
本发明涉及一种保护头发纤维和其它角蛋白物质免受苛刻的环境条件和处理的方法。所述方法特别适用于干燥、受损和/或易出现打理问题的头发的处理。
背景和现有技术
头发可因多种因素而受损。例如，头发受损的环境因素，包括例如接触UV和氯。头发受损的化学因素包括例如漂白、电烫和整直的处理，以及过于频繁地使用苛刻的基于表面活性剂的清洁香波组合物来洗发。头发受损的机械因素包括过分拂弄和梳理头发，以及过长时间使用加热用具来干燥和定型头发。
头发损伤通常表现为头发纤维失去表皮层和蛋白、头发纤维干燥、头发纤维脆弱且断裂以及发稍磨损或分叉。干燥受损头发特别容易产生打理问题，产生例如“漂浮(flyaway)”头发的情况，这种头发难以成型或不能保持造型，特别是在高湿等环境下。
多种有机分子及其组合已被建议用于处理干燥、受损和/或难打理的头发。
WO 2004054526描述了头发处理组合物，用于护理和修复受损头发，并改善头发易打理性，其包含二糖(特别是海藻糖)和二酸(特别是己二酸)。
WO 2004054525描述了头发处理组合物，用于护理和修复受损头发，并改善头发易打理性，其包含二糖(特别是海藻糖)和二醇(特别是3-甲基-1，3-丁二醇)。
WO 2004006874描述了头发处理组合物，用于修复和防止受损头发的主要症状，其包含特定支链的胺和/或羟基化合物(特别是3，3-二甲基-1，2-丁二醇)。
所有的上述做法涉及通过非共价相互作用诸如氢键结合和静电相互作用以及疏水性相互作用来影响头发纤维性质。由这些技术提供的益处不是永久性的，因为有益试剂可被容易地洗掉。因此，仍然需要找到更持久和耐用的解决方案。本发明解决了这一需要。因此，本发明涉及一种保护头发免受苛刻的处理和外部大气条件的方法，该方法还提供了增湿益处。
发明概述
本发明提供了通过对头发共价结合包括聚乙二醇的聚合化合物而保护头发的方法。
本发明还提供了聚乙二醇的反应性衍生物用于衍生化头发的用途。
本发明的另一个方面是与包括聚乙二醇的聚合化合物共价结合的头发纤维。
详细说明
本发明涉及一种通过对头发共价结合包括聚乙二醇的聚合化合物而保护头发的方法。使用聚乙二醇对蛋白质进行修饰通常已知为是PEG化。
如果聚合化合物包括至少一个与中央骨架共价连接的聚乙二醇聚合物链段则是优选的，优选中央骨架包括丙烯酸酯(acrylate)、甲基丙烯酸酯(methacrylate)基团或其混合物。因此，一种描述包括聚乙二醇的优选聚合化合物的方式是具有PEG聚合物或PEG链段的集簇的中央骨架。
如果聚乙二醇或聚乙二醇链段的分子量Mw是1,000到100,000则是优选的，更优选为5,000到60,000。
如果中央骨架内的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯基团的数目是1到20则也是优选的，优选为2到10。
除了以上所述的之外包括聚乙二醇的聚合化合物还可包括其它的聚合单元。
通过水溶性聚合物并且主要是α-官能聚乙二醇(PEG)进行的PEG化可以通过许多策略被引入到蛋白质中，例如描述于Duncan，R.Nat.Rev.Drug Discov.2003，2，347；Harris，J.M.；Chess，R.B.Nat.Rev.DrugDiscov.2003，2，214；Roberts，M.J.；Bentley，M.D.；Harris，J.M.Adv.Drug Deliver.Rev.2002，54，459中的那些。
头发可以采用聚乙二醇的反应性衍生物、特别优选采用丙烯酸化聚乙二醇反应物或甲基丙烯酸化聚乙烯聚乙二醇或其混合物进行PEG化。聚乙二醇的反应性衍生物上的优选的反应性基团选自α-醛、α-马来酰亚胺、α-N-羟基琥珀酰亚胺或α-二氢唑酮。
优选的PEG化方法描述在以下文献中：
a)得自活性自由基聚合的醛末端α官能甲基丙烯酸类聚合物：在蛋白质缀合“PEG化”中的应用(Aldehyde Terminallyα FunctionalMethacrylic Polymers from Living Radical Polymerization：Application inProtein Conjugation＂Pegylation＂)，Lei Tao，Giuseppe Mantovani，FrancoisLecolley和David M.Haddleton，J.AM.CHEM.SOC.2004，126，13220。
b)利用活性自由基聚合进行蛋白质和肽的生物缀合(＂PEG化＂)的新方法(A new approach to bioconjugates for proteins and peptides(“pegylation”)utilising living radical polymerisation)，Francüois Lecolley，Lei Tao，Giuseppe Mantovani，Ian Durkin，Sylvie Lautru和David M.Haddleton，Chem.Commun.，2004，2026。和
c)借助于铜介导的活性自由基聚合设计和合成N-马来酰亚胺基-官能化亲水性聚合物：PEG化化学的适当的备选策略(Design and Synthesisof N-Maleimido-Functionalized Hydrophilic Polymers via Copper-MediatedLiving Radical Polymerization：A Suitable Alternative to PEGylationChemistry)，Giuseppe Mantovani，Francüois Lecolley，Lei Tao，David M.Haddleton，Joost Clerx，Jeroen J.L.M.Cornelissen和Kelly Velonia，J.AM.CHEM.SOC.2005，127，2966-2973。
当反应性基团是α-N-羟基琥珀酰亚胺时，特别优选的PEG化方法是诸如上述的(b)的方法，即，利用了被活化的NHS-酯链末端聚合物与头发纤维的(存在于赖氨酸中的)胺基的反应。这一策略非常稳固并且引入了亲水性基团诸如聚乙二醇的集簇。
包括聚乙二醇的聚合化合物含量优选是总组合物的0.01到15重量％，更优选是0.1到10重量％。
产品形式
本发明的头发处理组合物的最终产品形式可以适当地为，例如，香波、护发素、喷雾剂、摩丝、凝胶、发蜡或乳液(lotion)。
优选的产品形成用后需冲洗的产品，特别是香波和后洗护发素。
本发明的制剂的pH范围是pH3到pH11，更优选在pH从3到8下被使用。
头发处理组合物基料制剂
本发明的组合物可以是香波制剂。香波组合物优选包括一种或更多种清洁表面活性剂，其是化妆品可用的并适合局部施用到头发上。其它的表面活性剂可作为乳化剂存在。
适当的清洁表面活性剂选自阴离子、两性和两性离子表面活性剂及其混合物。清洁表面活性剂可以是与乳化剂相同的表面活性剂，或者可以不同。
阴离子型清洁表面活性剂
本发明的香波组合物通常包含一种或更多种化妆品可用的并适合局部施用到头发上的阴离子型清洁表面活性剂。
合适的阴离子型清洁表面活性剂的实例是烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷芳基磺酸盐、烷酰基羟乙基磺酸盐、烷基丁二酸盐、烷基磺基丁二酸盐、N-烷基肌氨酸盐、烷基磷酸盐、烷基醚磷酸盐、烷基醚羧酸盐和α-烯烃磺酸盐，尤其是其钠、镁、铵和单-、二-和三乙醇胺盐。烷基和酰基通常含有8至18个碳原子并可以是不饱和的。烷基醚硫酸盐、烷基醚磷酸盐和烷基醚羧酸盐可以每分子含有1至10个环氧乙烷或环氧丙烷单元。
用在本发明的香波组合物中的典型的阴离子型清洁表面活性剂包括油烯基磺基丁二酸钠、十二烷基磺基丁二酸铵、十二烷基硫酸铵、椰油基羟乙基磺酸钠、十二烷基羟乙基磺酸钠和N-十二烷基肌氨酸钠。最优选的阴离子型表面活性剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基醚硫酸钠(n)EO，(其中n为1至3)、十二烷基硫酸铵和十二烷基醚硫酸铵(n)EO，(其中n为1至3)。
本发明的香波组合物中阴离子型清洁表面活性剂的总重量通常为总组合物的5至30重量％，优选6至20重量％，更优选8至16重量％。
助表面活性剂
该香波组合物可以任选包括助表面活性剂，优选两性或两性离子表面活性剂，其含量可以为0至大约8重量％，优选1至4重量％。
两性和两性离子表面活性剂的实例包括，烷基甜菜碱、烷基酰氨基丙基甜菜碱、烷基磺基甜菜碱(sultaines)、烷基甘氨酸盐、烷基羧基甘氨酸盐、烷基两性丙酸盐(alkyl amphopropionates)、烷基两性甘氨酸盐(alkylamphoglycinates)、烷基酰氨基丙基羟基磺基甜菜碱、酰基牛磺酸盐和酰基谷氨酸盐，其中烷基和酰基具有8至19个碳原子。在本发明的香波中所用的典型的两性和两性离子表面活性剂包括十二烷基胺氧化物、椰油二甲基磺基丙基甜菜碱，和优选十二烷基甜菜碱、椰油酰氨基丙基甜菜碱和椰油两性丙酸钠。
另一优选的助表面活性剂是非离子型表面活性剂，其含量可以为总组合物的0至8重量％，优选2至5重量％。
例如，可包含在本发明的香波组合物中的代表性的非离子型表面活性剂包括脂族(C₈-C₁₈)伯或仲直链或支链醇或酚与烯化氧，通常环氧乙烷的缩合产物，并通常具有6至30个环氧乙烷基团。
可包含在本发明的香波组合物中的其它非离子型表面活性剂是烷基聚糖苷(APG)。通常，APG是包含连接到一个或更多个糖基嵌段上的烷基(任选经由桥连基连接)的材料。优选的APG由下式指定：
RO-(G)_n
其中R是支链或直链C₅至C₂₀烷基或链烯基，G是糖基，且n是1至10。
该香波组合物还可任选包含一种或更多种阳离子助表面活性剂，其以总组合物的0.01至10重量％，更优选0.05至5重量％，最优选0.05至2重量％的量被包含在内。有用的阳离子表面活性剂在本文关于护发素组合物中有所描述。
在本发明的香波组合物中，表面活性剂(包括任何的助表面活性剂，和/或任何乳化剂)的总量通常为5至50重量％，优选5至30重量％，更优选10至25重量％。
阳离子沉积聚合物
阳离子聚合物特别是在本发明的香波组合物中是优选成分。
阳离子聚合物可以是均聚物或由两种或更多种类型的单体形成。该聚合物的分子量通常为5000到10000000道尔顿，典型地为至少10000并优选从100000到2000000。该聚合物具有含阳离子氮的基团诸如季铵或质子化氨基或其混合物。
含阳离子氮的基团通常作为阳离子聚合物的总单体单元的一部分上的取代基存在。因此，当该聚合物不是均聚物时其可包含间隔基非阳离子单体单元。这种聚合物描述于CTFA Cosmetic Ingredient Directory，第三版中。阳离子单体单元对非阳离子单体单元的比经过选择以提供具有的阳离子电荷密度处在所需范围内的聚合物。
阳离子沉积聚合物通常以组合物的0.01至5重量％、优选0.02至1重量％、更优选0.04至0.5重量％的含量存在于本发明的组合物中。
调理表面活性剂
护发素组合物通常包含一种或更多种化妆品可用的并适合局部施用到头发上的调理表面活性剂。
合适的调理表面活性剂选自单独或混合使用的阳离子型表面活性剂。
本发明的组合物中可用的阳离子型表面活性剂含有溶解在本发明的水性组合物中时带正电荷的氨基或季铵亲水部分。
合适的阳离子型表面活性剂的实例是符合下列通式的那些：
[N(R₁)(R₂)(R₃)(R₄)]⁺(X)^-
其中R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自(a)具有1至22个碳原子的脂族基团，或(b)具有最多22个碳原子的芳族基团、烷氧基、聚氧化烯、烷基酰氨基、羟烷基、芳基或烷基芳基；且X是成盐的阴离子，例如选自卤素(例如氯离子、溴离子)、乙酸根、柠檬酸根、乳酸根、羟乙酸根、磷酸根、硝酸根、硫酸根和烷基硫酸根的那些。
脂肪材料
本发明的护发素组合物优选另外包含脂肪材料。脂肪材料和阳离子型表面活性剂在调理组合物中的联用被认为尤其有利，因为这形成阳离子型表面活性剂分散于其中的结构化相。
“脂肪材料”是指脂肪醇、烷氧基化脂肪醇、脂肪酸或其混合物。
脂肪材料的烷基链优选完全饱和。
代表性的脂肪材料包含8至22个碳原子，更优选16至22个碳原子。合适的脂肪醇的实例包括十六醇、十八醇及其混合物。这些材料的使用的有利之处还在于，它们有助于本发明的组合物的总体调理性质。
可以使用烷基链中具有大约12至大约18个碳原子的烷氧基化(如乙氧基化或丙氧基化)脂肪醇代替脂肪醇本身，或与其一起使用。合适的实例包括：乙二醇十六烷基醚，聚氧乙烯(2)十八烷基醚，聚氧乙烯(4)十六烷基醚，及其混合物。
本发明的护发素中脂肪醇材料的含量合适地为总组合物的0.01至15重量％，优选0.1至10重量％。阳离子型表面活性剂与脂肪醇的重量比合适地为10:1至1:10，优选4:1至1:8，最好为1:1至1:7。
混悬剂
在优选实施方案中，本发明的香波组合物进一步包含0.1至5重量％的混悬剂用于被包覆粒子。合适的混悬剂选自聚丙烯酸、丙烯酸的交联聚合物、丙烯酸与疏水性单体的共聚物、含羧酸的单体与丙烯酸酯的共聚物、丙烯酸与丙烯酸酯的交联共聚物、杂多糖胶以及结晶长链酰基衍生物。长链酰基衍生物可理想地选自乙二醇硬脂酸酯、具有16至22个碳原子的脂肪酸的链烷醇酰胺，及其混合物。乙二醇双硬脂酸酯和聚乙二醇3双硬脂酸酯是优选的长链酰基衍生物。聚丙烯酸可作为Carbopol 420、Carbopol 488或Carbopol 493购得。也可使用丙烯酸与多官能剂交联的聚合物；它们可作为Carbopol 910、Carbopol 934、Carbopol940、Carbopol 941和Carbopol 980购得。含羧酸的单体与丙烯酸酯的合适的共聚物的实例为Carbopol 1342。所有Carbopol(商标)材料可获自Goodrich。
丙烯酸与丙烯酸酯的合适的交联聚合物是Pemulen TR1或PemulenTR2。合适的杂多糖胶是黄原胶，例如可作为Kelzan mu获得。
混悬剂优选是聚合物型混悬剂。
定型聚合物
如果所述组合物是定型产品，则如果存在定型聚合物是优选的。
如果存在头发定型聚合物，则其在本发明的组合物中优选以0.001至10重量％，更优选0.1至10重量％，如以1％至8重量％的量存在。
头发定型聚合物是公知的。合适的头发定型聚合物包括市售的聚合物，这些聚合物包含使得聚合物实质上为阳离子性、阴离子性、两性或非离子性的部分。合适的头发定型聚合物包括，例如，嵌段和接枝共聚物。该聚合物可以是合成或天然由来的。
该聚合物的量基于组合物的总重量可为0.5至10重量％，优选0.75至6重量％。
助剂
本发明的组合物也可包含适于头发护理的助剂。通常，这种成分以总组合物的最多2重量％，优选最多1重量％的含量分别地被包含在内。
合适的头发护理助剂包括氨基酸和神经酰胺。
将通过以下非限制实施例对本发明作以说明。
实施例：
头发样品
欧洲人头发纤维用L′Oreal柏蒂丝细致漂粉和Oxydant crème(1:1.5)漂白两次历时30分钟，用得自水龙头的流水完全漂洗，并自然干燥过夜。
含有荧光标记物的反应性NHS-PEG-官能化聚合物的制备
材料
根据Keller和Wycoff(Keller，R.N.；Wycoff，H.D.Inorg.Synth.1946，1-4.)的方法纯化溴化铜(I)(Cu(I)Br，Aldrich，98％)。根据较早的描述制备了N-(乙基)-2-吡啶基甲亚胺并将其在0℃下保存在惰性气氛中(Haddleton，D.M.；Crossman，M.C；Dana，B.H.；Duncalf，D.J.；Heming，A.M.；Kukulj，D.；Shooter，A.J.Macromolecules 1999，32，2110-2119)。二甘醇二甲醚(Aldrich，99.5％)、三乙胺(TEA，VWR，>99％)、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA₄₇₅，M_n＝475g.mol^-1，Aldrich)、苄胺(Aldrich)和二氯甲烷(Fischer，>99％)按照得到时的样子使用。根据(Limer，A.J.；Rullay，A.K.；San Miguel，V.；Peinado，C；Kelly，S.；Fitzpatrick，E.；Carrington，S.D.；Brayden，D.；Haddleton，D.M.React.Funct.Polym.2006，66，51-64)中所述合成Hostasol(硫氧杂蒽并[2，1，9-dej]异苯并吡喃-1，3-二酮)。根据先前报导(Lecolley，F.；Tao，L.；Mantovani，G.；Durkin，I.；Lautru，S.；Haddleton，D.M.Chem.Commun.2004，2026-2027)合成了N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代丙酸酯。
聚合过程
对于12KDA共聚物，过程如下。向干燥的Schlenk试管中加入Cu(I)Br(0.179g，1.25mmol)、N-琥珀酰亚胺基-2-溴代丙酸酯(0.31g，1.25mmol)、PEGMA₄₇₅(4.75g，10.0mmol)和hostasol甲基丙烯酸酯单体(0.09g，0.19mmol，相对于PEGMA₄₇₅为1.6mol.％)、甲苯(15.0g，0.16mol)和磁性随动棒。然后使混合物经历5次的冷冻-泵送-解冻脱气循环。加入经过脱气的N-(乙基)-2-吡啶基甲亚胺(0.39ml，2.76mmol)并将所得棕色溶液在50℃(聚合的零时间点)搅拌48小时。使用经脱气的注射器周期性地取出样品并在液氮中猝灭用于转化和分子量分析(用于分子量分析的样品的制备通过穿过酸性氧化铝柱以除去铜复合物进行)。最终的聚合物穿过酸性氧化铝柱，在石油醚中沉淀以除去未反应的hostasol甲基丙烯酸酯，用弱酸性水透析并冻干。
对于45KDA共聚物，使用相同的材料和实验步骤，不同之处在于单体对引发剂的摩尔比为31.8。
具有荧光标记物的NHS-PEG-官能化聚合物与头发在二甘醇二甲醚中的缀合。
在100mL的圆柱形烧瓶中，引入10g(M_n＝11800g/mol，)的PEGMA/Hostasol NHS-酯链末端共聚物(反应性NHS-共聚物)，然后引入70ml的二甘醇二甲醚和3.48g的无水三乙胺。然后引入10g经漂白的头发簇(hair switches)。在室温下在30分钟内慢慢地摇动反应介质以确保完全反应。从反应容器中取出头发簇并用去离子水反复洗涤。在洗涤过程完成后，在分析前使头发簇自然干燥过夜。
特别是当集中在经过处理的头发纤维的顶部时，深度荧光是明显的。这些结果证明了与头发纤维的缀合是成功的。
具有荧光标记物的NHS-PEG-官能化聚合物与头发在IPA/水混合物中的缀合。
在100mL的圆柱形烧瓶中，引入10g(M_n＝11800g/mol，)的PEGMA/Hostasol NHS-酯链末端共聚物(反应性NHS-共聚物)，然后引入70ml的异丙醇/水(95/5；体积/体积)的混合物和3.48g的无水三乙胺。然后引入10g经漂白的头发簇。在室温下在30分钟内慢慢地摇动反应介质以确保完全反应。从反应容器中取出头发簇并用去离子水反复洗涤。在洗涤过程完成后，在分析前使头发簇自然干燥过夜。
特别是当集中在经过处理的头发纤维的顶部时，深度荧光是明显的。这些结果证明了与头发纤维的缀合是成功的。
DSC研究
样品制备
欧洲人头发纤维用L′Oreal柏蒂丝细致漂粉和Oxydant crème(1:1.5)漂白两次历时30分钟，用得自水龙头的流水完全漂洗，并在下次应用前自然干燥过夜。将这些头发纤维分别浸没在pH5.5的1％的活性溶液和水(作为对照)中达1小时，用蒸馏水漂洗30秒并自然干燥过夜。然后用剪刀将其切割成～2mm的长度。
DSC方法
将约6mg的样品称重到耐压(25bar)的不锈钢大容量锅(60μl容量)中。加入50μl的水并将锅密封。然后使用旋转式混合器将样品混合并放置过夜以允许水在整个样品中达平衡。使样品经历在30ml/分钟的氮气氛中以5℃/分钟的速率的120-180℃的温度程序(图3)。收集螺旋转变温度并用单因素方差分析进行分析。每个样品进行至少四次。
DSC数据
洗涤前和洗涤后的经过漂白的头发纤维以及经漂白和PEG化的头发纤维的DSC数据在下表1中示出。高的变性温度(Td)表明头发未发生变性。
表1.经漂白的头发纤维以及经改性漂白的头发纤维的DSC数据

DSC数据清楚地显示了，用分子量为12KD的PEG进行PEG化的经漂白的头发纤维在洗涤后的变性温度增加了9℃，并且用45KD改性的经漂白的头发比经漂白的头发纤维增加了7.74℃。这暗示了PEG化显著地增强了受损头发的性质并且可用于修复受损的头发纤维。