Le shampooing est un produit du quotidien destiné à éliminer les impuretés du cuir chevelu et des cheveux et à les maintenir propres. Ses principaux ingrédients sont des tensioactifs, des épaississants, des agents conditionneurs, des conservateurs, etc. Les tensioactifs sont l'ingrédient le plus important. Leurs fonctions comprennent non seulement le nettoyage, la formation de mousse, le contrôle des propriétés rhéologiques et la douceur pour la peau, mais aussi un rôle clé dans la floculation cationique. Le polymère cationique pouvant se déposer sur les cheveux, ce processus est étroitement lié à l'activité de surface, qui favorise également le dépôt d'autres composants bénéfiques (comme l'émulsion de silicone, les agents antipelliculaires). Toute modification du système tensioactif ou des concentrations d'électrolytes entraîne une réaction en chaîne des effets des polymères conditionneurs présents dans le shampooing.
1. Activité du tableau SLES
Le SLS possède un bon pouvoir hydratant, produit une mousse abondante et a tendance à générer une mousse instantanée. Cependant, sa forte interaction avec les protéines et son fort pouvoir irritant pour la peau expliquent sa rareté comme agent de surface principal. Actuellement, le principal ingrédient actif des shampoings est le SLES. L'effet d'adsorption du SLES sur la peau et les cheveux est nettement inférieur à celui du SLS. Les produits SLES à degré d'éthoxylation élevé sont pratiquement dépourvus d'effet d'adsorption. De plus, la mousse de SLES présente une bonne stabilité et une forte résistance à l'eau dure. La peau, et notamment les muqueuses, tolère beaucoup mieux le SLES que le SLS. Le laurylsulfate de sodium et le laurylsulfate d'ammonium sont les deux tensioactifs SLES les plus utilisés sur le marché. Les recherches de Long Zhike et al. ont démontré que le laureth sulfate amine possède une viscosité de mousse plus élevée, une bonne stabilité de mousse, un volume moussant modéré, un bon pouvoir détergent et laisse les cheveux plus doux après lavage. Cependant, le sel d'ammonium du laureth sulfate se dissocie en milieu alcalin, libérant de l'ammoniac. C'est pourquoi le laureth sulfate de sodium, qui nécessite une plage de pH plus large, est plus couramment utilisé, bien qu'il soit plus irritant que les sels d'ammonium. Le nombre d'unités éthoxy du SLES est généralement compris entre 1 et 5. L'ajout de groupes éthoxy réduit la concentration micellaire critique (CMC) des tensioactifs sulfates. La diminution la plus importante de la CMC est observée avec l'ajout d'un seul groupe éthoxy, tandis qu'avec l'ajout de 2 à 4 groupes éthoxy, la diminution est beaucoup plus faible. Plus le nombre d'unités éthoxy augmente, meilleure est la compatibilité du SLES avec la peau, et aucune irritation cutanée n'est observée avec le SLES contenant environ 10 unités éthoxy. Cependant, l'introduction de groupements éthoxy augmente la solubilité du tensioactif, ce qui freine l'augmentation de la viscosité ; il est donc nécessaire de trouver un équilibre. De nombreux shampoings commerciaux utilisent du SLES contenant en moyenne 1 à 3 unités éthoxy.
En résumé, le SLES est un tensioactif économique pour les formulations de shampooings. Il offre une mousse abondante, une forte résistance à l'eau dure, une facilité d'épaississement et une floculation cationique rapide, ce qui explique sa place de choix parmi les tensioactifs utilisés dans les shampooings actuels.
2. Tensioactifs à base d'acides aminés
Ces dernières années, comme le SLES contient du dioxane, les consommateurs se sont tournés vers des systèmes tensioactifs plus doux, tels que les systèmes tensioactifs à base d'acides aminés, les systèmes tensioactifs à base d'alkylglycosides, etc.
Les tensioactifs à base d'acides aminés sont principalement divisés en acyl glutamate, N-acyl sarcosinate, N-méthylacyl taurate, etc.
2.1 Acyl glutamate
Les acylglutamates se divisent en sels monosodiques et sels disodiques. La solution aqueuse de sels monosodiques est acide, tandis que celle de sels disodiques est alcaline. Le système tensioactif acylglutamate possède des propriétés moussantes, hydratantes et lavantes appropriées, ainsi qu'une résistance à l'eau dure supérieure ou équivalente à celle du SLES. Il est très sûr, ne provoque ni irritation ni sensibilisation cutanée aiguë et présente une faible phototoxicité. L'irritation oculaire ponctuelle est légère et l'irritation cutanée (solution à 5 % en masse) est comparable à celle de l'eau. Le disodium cocoylglutamate est l'acylglutamate le plus représentatif. Il est obtenu à partir d'acide de noix de coco et d'acide glutamique, deux produits naturels extrêmement sûrs, après transformation en chlorure d'acyle. (Li Qiang et al.) L'étude « Recherche sur l'application du disodium cocoyl glutamate dans les shampoings sans silicone » a montré que l'ajout de disodium cocoyl glutamate au système SLES améliore son pouvoir moussant et atténue les irritations cutanées liées à l'utilisation de shampoings de type SLES. À des facteurs de dilution de 10, 20, 30 et 50, le disodium cocoyl glutamate n'affecte ni la vitesse ni l'intensité de la floculation. À des facteurs de dilution de 70 et 100, la floculation est améliorée, mais l'épaississement est plus difficile. Ceci s'explique par la présence de deux groupes carboxyle dans la molécule de disodium cocoyl glutamate, dont la tête hydrophile est interceptée à l'interface. Cette surface plus importante entraîne une diminution du paramètre d'empilement critique, favorisant l'agrégation du tensioactif en micelles sphériques et entravant la formation de micelles vermiformes et, par conséquent, l'épaississement.
2.2 N-acyl sarcosinate
Le N-acyl sarcosinate possède un effet mouillant en milieu neutre à faiblement acide, un fort pouvoir moussant et stabilisant, et une grande tolérance à l'eau dure et aux électrolytes. Le plus représentatif est le lauroyl sarcosinate de sodium. Ce tensioactif anionique de type acide aminé, obtenu à partir de sources naturelles d'acide laurique et de sarcosinate de sodium par une réaction en quatre étapes (phtalisation, condensation, acidification et formation d'un sel), présente un excellent pouvoir nettoyant. Ses performances en termes de pouvoir moussant, de volume de mousse et d'efficacité antimousse sont proches de celles du laureth sulfate de sodium. Cependant, dans un shampooing contenant le même polymère cationique, leurs courbes de floculation présentent une différence notable. Lors des phases de moussage et de frottement, le shampooing à base d'acide aminé offre un pouvoir glissant inférieur à celui du shampooing à base de sulfate. Lors du rinçage, non seulement la glisse est légèrement inférieure, mais la vitesse de rinçage du shampooing aux acides aminés est également plus faible que celle du shampooing aux sulfates. Wang Kuan et al. ont étudié le système composé de lauroylsarcosinate de sodium et de tensioactifs non ioniques, anioniques et zwitterioniques. En modifiant des paramètres tels que le dosage et le rapport des tensioactifs, ils ont constaté que, pour les systèmes binaires, une faible quantité d'alkylglycosides permet d'obtenir un épaississement synergique ; tandis que, dans les systèmes ternaires, le rapport a un impact important sur la viscosité du système, et que la combinaison de lauroylsarcosinate de sodium, de cocamidopropyl bétaïne et d'alkylglycosides permet d'obtenir de meilleurs effets d'auto-épaississement. Les systèmes de tensioactifs à base d'acides aminés peuvent s'inspirer de ce mécanisme d'épaississement.
2.3 N-méthylacyltaurine
Les propriétés physico-chimiques du N-méthylacyl taurate sont similaires à celles du sulfate d'alkyle de sodium de même longueur de chaîne. Il possède également de bonnes propriétés moussantes et est peu affecté par le pH et la dureté de l'eau. Ses propriétés moussantes restent bonnes en milieu faiblement acide, même en eau dure, ce qui lui confère un champ d'application plus large que celui des sulfates d'alkyle. De plus, il est moins irritant pour la peau que le lauroyl glutamate de sodium et le lauryl phosphate de sodium. Proche, voire bien inférieur, à celui du SLES, c'est un tensioactif doux et peu irritant. Le méthyl cocoyl taurate de sodium est un exemple plus représentatif. Ce dernier est obtenu par condensation d'acides gras d'origine naturelle et de méthyl taurate de sodium. C'est un tensioactif à base d'acides aminés, offrant une mousse abondante et stable. Il est pratiquement insensible au pH et à la dureté de l'eau. Le méthyl cocoyl taurate de sodium présente un effet épaississant synergique avec les tensioactifs amphotères, notamment ceux de type bétaïne. Zheng Xiaomei et al., dans leur étude intitulée « Recherche sur les performances d'application de quatre tensioactifs à base d'acides aminés dans les shampoings », se sont intéressés au cocoyl glutamate de sodium, au cocoyl alanate de sodium, au lauroyl sarcosinate de sodium et au lauroyl aspartate de sodium. Une étude comparative de leurs performances d'application dans les shampoings a été menée. En prenant le laureth sulfate de sodium (SLES) comme référence, les performances moussantes, le pouvoir nettoyant, l'effet épaississant et la floculation ont été analysés. Les expériences ont permis de conclure que le pouvoir moussant du cocoyl alanine de sodium et du lauroyl sarcosinate de sodium est légèrement supérieur à celui du SLES ; le pouvoir nettoyant des quatre tensioactifs à base d'acides aminés est similaire et légèrement supérieur à celui du SLES ; l'effet épaississant est généralement inférieur à celui du SLES. L'ajout d'un épaississant pour ajuster la viscosité du système a permis d'augmenter celle du système à base de cocoyl alanine de sodium jusqu'à 1 500 Pa·s, tandis que celle des trois autres systèmes reste inférieure à 1 000 Pa·s. Les courbes de floculation des quatre tensioactifs à base d'acides aminés sont plus douces que celles du SLES, ce qui indique que le shampooing aux acides aminés se rince plus lentement, tandis que le système à base de sulfates se rince légèrement plus vite. En résumé, pour épaissir la formule d'un shampooing aux acides aminés, il est possible d'ajouter des tensioactifs non ioniques afin d'augmenter la concentration micellaire. On peut également ajouter des épaississants polymères tels que le dioléate de méthylglucose PEG-120. Par ailleurs, l'intégration d'agents conditionneurs cationiques appropriés pour faciliter le démêlage reste un défi pour ce type de formulation.
3. Tensioactifs alkylglycosides non ioniques
Outre les tensioactifs à base d'acides aminés, les tensioactifs alkylglycosides non ioniques (APG) ont suscité un vif intérêt ces dernières années en raison de leur faible irritabilité, de leur caractère écologique et de leur bonne compatibilité cutanée. Associés à des tensioactifs tels que les polyéthersulfates d'alcools gras (SLES), les APG non ioniques réduisent la répulsion électrostatique des groupements anioniques des SLES, formant ainsi de grandes micelles à structure en bâtonnet. Ces micelles pénètrent moins facilement dans la peau, ce qui diminue l'interaction avec les protéines cutanées et, par conséquent, l'irritation. Fu Yanling et al. ont constaté que les SLES étaient utilisés comme tensioactifs anioniques, la cocamidopropyl bétaïne et le lauroamphoacétate de sodium comme tensioactifs zwitterioniques, et le décyl glucoside et le cocoyl glucoside comme tensioactifs non ioniques. Après des tests comparatifs, les tensioactifs anioniques ont présenté les meilleures propriétés moussantes, suivis des tensioactifs zwitterioniques, tandis que les APG ont présenté les propriétés moussantes les plus faibles. Les shampoings contenant des tensioactifs anioniques comme principaux agents de surface présentent une floculation marquée, tandis que les tensioactifs zwitterioniques et les APG ont les propriétés moussantes les plus faibles. Aucune floculation n'a été observée. En termes de rinçage et de démêlage sur cheveux mouillés, l'ordre, du meilleur au pire, est le suivant : APG > anions > zwitterions. Sur cheveux secs, les propriétés de démêlage des shampoings contenant des anions et des zwitterions comme principaux tensioactifs sont équivalentes. Le shampoing contenant des APG comme principal tensioactif présente les propriétés de démêlage les plus faibles. Le test sur la membrane chorioallantoïque d'embryon de poulet montre que le shampoing contenant des APG comme principal tensioactif est le plus doux, tandis que le shampoing contenant des anions et des zwitterions comme principaux tensioactifs est le plus doux. Les APG ont une faible concentration micellaire critique (CMC) et sont des détergents très efficaces pour la peau et les lipides du sébum. Par conséquent, les APG, en tant que tensioactifs principaux, ont tendance à rendre les cheveux secs et rêches. Bien que doux pour la peau, les APG peuvent aussi extraire les lipides et accentuer la sécheresse cutanée. Par conséquent, lors de l'utilisation d'APG comme tensioactif principal, il convient de tenir compte de leur capacité à éliminer les lipides de la peau. L'ajout d'agents hydratants adaptés à la formule permet de prévenir l'apparition des pellicules. En cas de sécheresse, l'auteur suggère également, à titre indicatif, que ce produit peut être utilisé comme shampooing régulateur de sébum.
En résumé, l'activité de surface dominante dans les formules de shampooings reste celle des tensioactifs anioniques, qui se divise en deux grands systèmes. Premièrement, le SLES est associé à des tensioactifs zwitterioniques ou non ioniques pour en réduire l'irritation. Ce système offre une mousse abondante, s'épaissit facilement et permet une floculation rapide des agents conditionneurs cationiques et à base d'huile de silicone. De plus, son faible coût en fait le système tensioactif le plus répandu sur le marché. Deuxièmement, l'association de sels d'acides aminés anioniques à des tensioactifs zwitterioniques pour optimiser le pouvoir moussant représente un axe de développement prometteur. Ce type de formule est doux et produit une mousse riche. Cependant, sa floculation et son rinçage étant plus lents, les cheveux peuvent avoir tendance à être secs. Enfin, les APG non ioniques constituent une nouvelle voie de développement pour les shampooings, grâce à leur bonne tolérance cutanée. La difficulté de développer ce type de formule réside dans la recherche de tensioactifs plus efficaces pour augmenter sa richesse moussante, et dans l'ajout d'agents hydratants adaptés pour atténuer l'impact des APG sur le cuir chevelu. Peau sèche.
Date de publication : 21 décembre 2023