Композиции и способы, включающие фотокатализаторы

Композиции и способы, включающие фотокатализаторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Композиция и способ ковалентной модификации поверхностных свойств субстрата, содержащего силиконовый полимер, сополимер и их смеси и активный материал, имеющий функциональные группы, способные к ковалентному присоединению к субстрату в присутствии кислоты или основания, фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, и носитель.

Уровень техники

Материалы могут быть охарактеризованы с точки зрения объемных свойств и поверхностных свойств. Общие свойства материала в значительной степени регулируются поверхностными свойствами и объемными свойствами материала. Поверхностные свойства материала в значительной степени регулируются химическим составом поверхности и структурой поверхности материала. Объемные свойства материала в значительной степени регулируются объемным химическим составом и объемной структурой материала. Иногда желаемым является модифицировать химический состав поверхности и/или структуру поверхности материала для того, чтобы получить определенные поверхностные свойства. К тому же, иногда желаемым является модифицировать объемный химический состав и/или объемную структуру материала для того, чтобы получить определенные объемные свойства.

Субстраты, включающие волосы и кожу, являются интересными с точки зрения модификации поверхности и/или объема. Субстраты неоднократно подвергаются механическому мытью, химическим обработкам и условиям окружающей среды, среди которых множество факторов, которые могут привести к потере желаемых свойств субстратов, таких как природное и синтетически созданное сияние, блеск и структура. Кроме того, факторы окружающей среды могут добавляться к этим эффектам и, по существу, способствовать выветриванию или повреждению субстратов. Сильное повреждение поверхности субстратов, включающих волосы и кожу, может нарастать со временем, приводя к хроническому повреждению.

Соответственно, существует необходимость в композициях и способах компенсации для таких вещей, как потеря F-слоя и рогового слоя волокон волос и кожи, соответственно, которые обеспечивают долговременное кондиционирование и защитный эффект. Ковалентная модификация поверхностных свойств поврежденных материалов субстратов является одним из примеров такого подхода. Существует также необходимость защищать, восстанавливать и/или укреплять эти материалы. Модификация поверхности материала путем локального формирования активного материала на поверхности материала реакцией одного или более активных компонентов для создания ковалентных связей между одним или более активными компонентами и модификация объема материала путем формирования активного материала подобным образом в объеме материала являются многообещающими подходами.

Сущность изобретения

Композиция, содержащая: активный материал, содержащий одну или более функциональных групп, способных ковалентно присоединяться в присутствии кислоты или основания к одной или более комплементарным функциональным группам; фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света; и носитель для диспергирования или растворения активного материала и фотокатализатора для нанесения композиции на субстрат; при этом активный материал выбран из группы, состоящей из силиконовых полимеров, сополимеров и их смесей и, по меньшей мере, одной органической функциональной группы.

Способ обработки субстрата, включающий стадии, на которых: наносят на субстрат ранее описанную композицию и поддают субстрат, обработанный композицией, действию рассеянного света. Альтернативно, данный способ может быть выполнен в несколько стадий, при этом способ включает стадии, на которых: наносят, по меньшей мере, один активный материал на субстрат, причем активный материал содержит одну или более функциональные группы, и субстрат содержит одну или более комплементарные функциональные группы; наносят на субстрат, по меньшей мере, один фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света; и стадию, на которой фотокатализатор и, по меньшей мере, один активный материал поддают действию света. В любом из используемых способов действие света приводит к образованию ковалентных связываний между одной или более функциональными группами, по меньшей мере, одного активного материала и субстрата.

Краткое описание чертежей

Различные осуществления, описанные в данной заявке, могут подразумевать ссылку на следующее описание, взятое из сопроводительных чертежей, как следует ниже.

На ФИГ.1 представлена схематическая диаграмма, которая иллюстрирует повреждение FCSM волокна, содержащего ковалентную связь с 18-МЕА в виде тиоэфирных связей.

На ФИГ.2 представлена схематическая диаграмма, которая иллюстрирует одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, для обработки субстратов, включающих волокна с активным компонентом и фотокатализатор.

На ФИГ.3 и 3А представлены схематические диаграммы, которые иллюстрируют одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, для обработки физиологических субстратов, таких как волокна с активным компонентом и фотокатализатор.

На ФИГ.4 представлено схематическое изображение одного неограничивающего осуществления механизма действия композиций и способов, описанных в данной заявке, при этом поверхность субстрата является ковалентно модифицированной.

На ФИГ.5 представлено схематическое изображение неограничивающего осуществления механизма действия композиций и способов, описанных в данной заявке, при этом поверхность субстрата является ковалентно модифицированной.

На ФИГ.6 представлено схематическое изображение неграничивающего осуществления механизма действия композиций и способов, описанных в данной заявке, при этом пористый материал субстрата обрабатывают активным материалом, способным к образованию вторичного активного материала.

Детальное описание изобретения

Размеры и значения, описанные в данной заявке, не должны быть истолкованы как строго ограниченные приведенными точными численными значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый такой размер предназначен для обозначения как приведенного значения, так и функционально эквивалентного диапазона около данного значения. Например, размер, описанный как «40 мм», предназначен для обозначения «приблизительно 40 мм».

Как используют в данной заявке, термин «функциональная группа» означает атом или группу связанных атомов, которые, по меньшей мере, частично определяют структуру и обуславливают свойства отдельного семейства химических соединений. Функциональная группа может быть областью на или в молекуле или материале, которая является местом специфической химической реакционной способности по сравнению с другими областями молекулы или материала. Функциональные группы, в основном, обладают характеристичными свойствами и могут регулировать отчасти реакционную способность молекулы в целом. Функциональные группы включают, но не ограничиваются приведенным, гидроксильные группы, тиольные группы, карбонильные группы, карбоксильные группы, сульфонатные группы, сульфидные группы, эфирные группы, атомы галогенов, амино группы, циано группы, нитро группы и т.д. Соединения, которые, в основном, классифицируют (структурно и/или функционально) соответственно функциональным группам включают, но не ограничиваются приведенным, например, алканы, алкены, алкины, ароматические соединения, галогениды, спирты, простые эфиры, сложные эфиры, амины, имины, имиды, карбоновые кислоты, амиды, галогенангидриды, кислотные ангидриды, нитрилы, кетоны, альдегиды, карбонаты, пероксиды, гидропероксиды, карбогидраты, ацетали, эпоксиды, сульфоновые кислоты, сульфонатные эфиры, сульфиды, сульфоксиды, тиоэфиры, тиоцианаты, дисульфиды, фосфоновые кислоты, фосфонатные эфиры, фосфины, азиды, азосоединения, нитро соединения, нитраты, нитрилы, нитриты, нитрозосоединения, тиолы, цианаты и изоцианаты.

Термины «активный материал», «активный компонент», «активное соединение» и комбинации и модификации этих терминов, как используют в данной заявке, означают вещества для нанесения на субстрат, для модификации поверхностных и/или объемных свойств материала субстрата. Эти термины могут быть использованы взаимозаменяемо. Поверхностные свойства субстрата могут включать, например, гидрофобность/гидрофильность поверхности, олеофобность/олеофильность, цвет, оптические свойства, абсорбирующую способность, адсорбирующую способность, способность к образованию связей, яркость, тусклость, устойчивость к истиранию, устойчивость к загрязнению, структуру поверхности, запах, способность к мытью, способность к смачиванию, эластичность, пластичность и упругость. Объемные свойства субстрата могут включать, например, предел прочности на разрыв, упругость, абсорбирующую способность, эластичность, пластичность и биологическую активность.

Активные материалы могут включать соединения, имеющие одну или более функциональных групп, способных ковалентно присоединяться в присутствии кислоты или основания к одной или более комплементарным функциональным группам, которые находятся на поверхности или в объеме субстрата. Активные материалы могут также включать соединения, способные образовывать ковалентные связи между молекулами в присутствии кислоты или основания, например мономеры, способные к полимеризации и/или сополимеризации, катализируемой кислотой или основанием. «Косметически активный материал» представляет собой активный материал, приемлемый для использования в продуктах личной гигиены без аномальной токсичности, несовместимости, нестабильности, аллергической реакции и т.д.

Термин «мономер», как используют в данной заявке, означает соединение, которое может быть ковалентно связано с другими мономерами (которые могут иметь такие же или разные химические структуры) с образованием полимера и/или сополимера. Термин «полимер» и «сополимер», как используют в данной заявке, означает соединение, содержащее множество мономеров. Соответственно, как используют в данной заявке, термин «полимер» и/или «сополимер» включает димеры, тримеры, олигомеры и т.д.

Как используют в данной заявке, термины «модифицировать», «модификация», «функционализировать» или «функционализация» по отношению к субстрату относятся к (1) ковалентному присоединению активного компонента к поверхности субстрата, (2) ковалентному присоединению активного компонента к субстрату в объеме материала субстрата, (3) образованию ковалентных связей между двумя или более активными компонентами (которые могут быть одинаковыми или разными химическими фрагментами), при этом получающийся в результате вторичный активный материал локализуется на поверхности субстрата, и/или (4) образованию ковалентных связей между двумя или более активными компонентами (которые могут быть одинаковыми или разными химическими фрагментами), при этом активные компоненты присутствуют в объеме субстрата.

Термин «потребительский продукт по уходу», как используют в данной заявке, означает продукт, такой как, например, очистители для мягкой поверхности, очистители для твердой поверхности, очистители для стекла, очистители для керамической плитки, очистители для унитазов, очистители для дерева, мульти-поверхностные очистители, дезинфицирующие средства для поверхности, составы для мытья посуды, стиральные порошки, кондиционеры для тканей, красители для тканей, защитные средства для поверхности, дезинфицирующие средства для поверхности, средства для машинной обработки поверхности, и другие потребительские продукты. Потребительские продукты по уходу включают формы, такие как жидкости, гели, суспензии, порошки и т.д.

Потребительские продукты по уходу также могут быть для домашнего использования или домашнего потребления, а также для профессионального, коммерческого и/или промышленного использования.

Потребительские продукты по уходу включают «продукты личной гигиены», такие как, например, губные помады, туши, румяна, основы, тон, подводки для глаз, подводки для губ, блеск для губ, лак для ногтей, восстановитель для ногтей и другая косметика; продукты личной гигиены, включая пудры для лица, пудры для тела; продукты для обработки волос, включая муссы, спрей для волос, гели для моделирования прически, шампунь, кондиционер для волос (несмываемый или с последующим ополаскиванием), крем-ополаскиватель, краска для волос, продукты для подкрашивания волос, продукты, придающие блеск волосам, сыворотка для волос, продукты для выпрямления волос, продукты для восстановления посеченных волос, раствор для перманентной завивки, состав против перхоти; гели для ванной, гели для душа, лосьоны для тела, очистители для лица, продукты для ухода за кожей, включая солнцезащитный крем и лосьоны от загара, бальзам для губ, кондиционеры для кожи, кольдкрем, увлажнители, спрей для тела, мыло, скраб для тела, эксфолианты, вяжущее средство, очищающий лосьон, депилятор, антиперспирантный состав, дезодорант, продукты для бритья, продукты до бритья, продукты после бритья, зубная паста, ополаскиватель для ротовой полости, ленты для ухода за ротовой полостью.

Термин «очиститель», как используют в данной заявке, включает композиции для очистки субстратов, включая, но не ограничиваясь приведенным, волосы или кожу, включая, кожу головы, лица и тела. Соответственно термин «шампунь» включает, но не ограничиваясь приведенным, например, в обычном понимании шампунь для волос, для мытья тела, для умывания, или другую композицию для мытья поверхности. Кроме того, термин «шампунь» включает композиции для использования людьми и/или животными.

Термин «кондиционер», как используют в данной заявке, означает композицию для обработки субстратов, содержащих волокнистый материал, включая ткани, волосы и кожу, которая включает кожу головы, лица и тела, с целью обеспечения защиты субстрата от механических, химических и/или факторов окружающей среды, которые способствуют повреждению и, или выветриванию, и/или смягчают характеристики такого повреждения. В этом контексте, термин «кондиционер» включает, но не ограничиваясь приведенным, например, в обычном понимании кондиционер (несмываемый и/или с последующим ополаскиванием) для тканей и волос, лосьон для кожи или увлажнитель для лица.

Одним объектом композиций и способов, описанных в данной заявке, является обеспечение модификации поверхностных и/или объемных свойств субстрата путем ковалентного присоединения активного материала к поверхности субстрата. Другим объектом композиций и способов, описанных в данной заявке, является обеспечение модификации поверхностных и/или объемных свойств субстрата путем обработки субстрата активными соединениями, способными реагировать друг с другом с образованием ковалентных связей между двумя или более молекулами активных соединений, таким образом, образуя вторичный активный материал. Еще одним другим объектом композиций и способов, описанных в данной заявке, является обеспечение функционализации поверхности субстрата путем ковалентного присоединения активного материала к поверхности субстрата. С целью достижения эффективной обработки иногда желательно на начальной стадии присоединить к субстрату активный материал, который содержит много подобных функциональных групп в своей молекуле, с последующей другой стадией присоединения другого активного материала/эффективного агента реакцией к изначально присоединенному активному материалу. Особенно это полезно, если субстрат содержит только ограниченную плотность функциональных групп, которые способны реагировать с активным материалом/эффективным агентом с образованием химической связи. Например, изначальное присоединение яблочной кислоты (2-гидрокси-1,4-дибутановой кислоты) к субстрату повышает реакционную способность субстрата, умножив по двум направленным последующим присоединением активного вещества. Это еще один другой объект композиций и способов, описанных в данной заявке, для обеспечения, до некоторой степени, такой модификации/функционализации, которая легко подчиняется санитарно-гигиеническим инструкциям и инструкциям по безопасности, и которая может легко осуществляться в области продуктов личной гигиены и/или потребительских продуктов по уходу.

Различные осуществления относятся, в основном, к композициям и способам обработки субстрата. Как используют в данной заявке, термин «субстрат» означает любой материал, для которого полезна обработка поверхности и/или объема такого материала композициями и способами, описанными в данной заявке. Термины «субстрат» и «материал» могут использоваться взаимозаменяемо в контексте веществ для модификации композициями и способами, описанными в данной заявке. Кроме того, физиологические материалы включают, но не ограничиваются приведенным, физиологические материалы, такие как, например, волосы, кожа, ногти, десна и зубы. Субстрат может также означать нефизиологические материалы, такие как, например, волокно, бумага, дерево, пластик, стекло, кафель, камень, бетон, кирпич, другие керамики, покрытые и окрашенные металлические поверхности, покрытое стекло, полимерные пленки и композиты или их комбинации. Субстраты могут также включать поверхности, которые были предварительно модифицированы, такие как, например, покрытые поверхности (например, лакированные или окрашенные) или ламинированные поверхности. Термины «субстрат» и «материал» могут быть использованы взаимозаменяемо в контексте веществ для модификации композиций и способов, описанных в данной заявке. В различных осуществлениях, композиции, описанные в данной заявке, включают активный компонент, который может модифицировать субстрат в присутствии кислоты или основания, фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, и приемлемый носитель, который необязательно может быть физиологически приемлемым носителем. В различных осуществлениях, композиции, описанные в данной заявке, могут также включать один или более необязательных компонентов, включая поверхностно-активные вещества, эмульгаторы, окислители, восстановители, регуляторы рН, смягчающие вещества, увлажнители, белки, пептиды, аминокислоты, полимерные и сополимерные добавки, средства для придания блеска, эфирные масла и/или жирные кислоты, смазочные вещества, связывающие/хелатирующие вещества, антистатические агенты, модификаторы реологии, чувствительные агенты, наполнители, консерванты, отдушки, другие функциональные компоненты или их комбинации.

В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обработку субстрата путем образования одной или более ковалентных связей между активным материалом и/или субстратом, при этом ковалентная связь образуется в присутствии кислоты или основания, генерируемого фотокатализатором под действием света. В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обработку субстрата путем образования одной или более ковалентных связей между двумя или более активными молекулами компонента, при этом ковалентная связь образуется в присутствии кислоты или основания, генерируемых фотокатализатором под действием света, и активный материал находится на поверхности и/или в объеме субстрата. Как используют в данной заявке, термин «молекула» означает достаточно стабильную группу, по меньшей мере, из двух атомов в определенном порядке зафиксированных вместе химическими связями. Соответственно, термин «молекула» включает, но не ограничивается приведенным, нейтральные молекулярные соединения, полиатомные ионы, радикальные группы, биомолекулы, мономеры, димеры, триммеры, олигомеры, полимер или сополимеры, и т.д. В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обработку субстрата «путем приготовления и ковалентного присоединения активного материала к субстрату, или образования ковалентных связей между активными материалами на поверхности субстрата или в объеме субстрата, in situ, путем обеспечения субстрата, обеспечивая один или более реагентов, обеспечивая фотокатализатор и поддавая фотокатолизатор действию света в присутствии субстрата и одного или более реагентов, при этом фотокатализатор генерирует кислоту или основание, кислота или основание катализирует реакцию между одним или более реагентами и/или реакцию между одним или более реагентами и субстратом, и причем в результате реакции(ий) образуются ковалентные связи. В различных осуществлениях, способы, описанные в данной заявке, включают обеспечение системы, включая субстрат, активный материал, который может модифицировать субстрат в присутствии кислоты или основания, и фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, поддавание системы действию света.

В основном, чтобы достичь ковалентного присоединения активных материалов к субстратам, таким как, например, волосы или кожа, часто испытываются трудности. Это особенно трудно в присутствии воды, которая может быстро подвергать разложению реакционно-способные фрагменты до того как произойдет функционализация субстрата. Более того, как известно, водная среда химически способствует протеканию гидролиза и реакций окисления, что может конкурировать с ковалентным присоединением активных материалов к субстратам. Это может представлять собой особые проблемы, например, в потребительских продуктах по уходу, где вода часто используется как физиологически приемлемый носитель. Потребительские продукты по уходу также часто используют воду в различных качествах, наибольше всего в качестве растворителя.

К тому же, субстраты, такие как, например, волосы, кожа, ткань, стекло и керамика, могут не содержать на поверхности особенно реакционно-способные химические функциональные группы, которые легко бы реагировали с активными компонентами с образованием ковалентных связей. Эта относительно низкая реакционная способность поверхности субстрата может приводить к реакционной системе, которая является внешней, с рамками времени практического использования применить-и-прополоскать окружение (например, волосы с нанесенным шампунем и кондиционером, намыленная кожа, стирающиеся ткани или твердые поверхности, поддающиеся очистке). Более того, строгие регуляторные требования относительно безопасности продуктов и защиты окружающей среды повышают требования к обеспечению композиций и способов обработки субстрата, такого как, например, волосы, кожа, ткань, стекло или керамика, посредством ковалентного присоединения активных компонентов.

Однако, различные осуществления композиций и способов, описанные в данной заявке, направлены на фотокаталитическую технологию, которая позволяет использовать свет, чтобы активизировать реакцию, такую как, например, ковалентное присоединение активного компонента к субстрату или образование ковалентных связей между двумя или более активными компонентами in situ на поверхности или в объеме материала субстрата. Различные осуществления могут быть использованы, например, для активации ковалентного присоединения длинноцепочных алкильных групп к поврежденным гидрофильным волосом и/или коже с целью пополнить и/или укрепить нормальное гидрофобное свойство этих субстратов. К тому же, различные осуществления могут быть использованы, например, для активации ковалентного присоединения активных материалов к тканям или твердым поверхностям. Более того, различные осуществления могут быть использованы, например, для размещения полимерных или сополимеризованных мономеров на поверхности и/или в объеме материалов субстратов для того, чтобы модифицировать поверхностные и/или объемные свойства материала.

В различных осуществлениях, ковалентное присоединение может приносить множество существенных преимуществ. Например, волокна, такие как волосы или ткани, могут испытывать определяющие преимущества, включая, среди других, улучшенное состояние на ощупь, пониженное истирание, облегчение при манипулировании, таком как, ткачество, плетение, расчесывание/причесывание, снижение сухости, повышение гладкости, уменьшение завитости, повышение блеска, снижение уровня статического электричества, повышение защиты от повреждений вследствие других механических, химических факторов и факторов окружающей среды. Для физиологических субстратов, таких как кожа, определяющие преимущества могут включать, среди других, снижение сухости, снижение красноты, снижение зуда, снижение шелушения и улучшение структуры и гладкости. По меньшей мере, некоторые из этих преимуществ могут быть переданы возрастанием или целевым осаждением активных веществ, полученных в результате модификации поверхности через ковалентное присоединение. Для нефизиологических субстратов, которые являются твердыми поверхностями, такими как стекло или керамическая плитка, преимущества могут включать снижение количества пятен от воды, повышение блеска или лоска и облегчение последующей чистки. Преимущества, предаваемые композициями и способами, описанными в данной заявке, являются потенциально более долговременными, потому что применяется нелабильная ковалентная связь, которая в основном является более сильной и более стабильной, чем абсорбция, адсорбция, водородное связывание, ионное связывание, другие электростатические взаимодействия и/или другие временные нековалентные связывания, применяемые в ранее использующихся кондиционерах для осаждения или нанесения активных компонентов на волосы и/или кожу. Это может по существу снизить частоту применения и повторного применения, с которыми сталкиваются при использовании известных кондиционеров.

Различные осуществления композиций и способов, описанные в данной заявке, обеспечивают для ковалентного присоединения активных материалов к субстратам, которое может быть описано как, например, подход к восстановлению и/или укреплению F-слоя волос или кожи рогового слоя. В контексте волокон, включая волосы, но, не ограничиваясь или в противном случае ограничиваясь теорией, F-слой не поддававшихся обработке волос может сниматься с волосяных волокон в процессах, опосредованных различными механическими, химическими факторами и/или факторами окружающей среды, как проиллюстрировано на Фиг.1. Эти процессы могут включать, например, окислительные и гидролитические реакции, с которыми обычно сталкиваются в процессах перманентной окраски волос и перманентной завивки.

На Фиг.1 представлена схематическая диаграмма, которая иллюстрирует FCSM волосяного волокна, содержащий часть ороговевшей эпикутикулы, ковалентно связанного с 18-МЕА, путем образования тиоэфирных связей между карбоксильной группой 18-МЭА и тиольной группой цистеиновых остатков в кератиновом протеине эпикутикулы. Гидролитические и/или окислительные процессы (например, в результате комбинаций перекиси водорода, аммиака и высокого рН, с которыми обычно сталкиваются в процессах перманентной окраски волос и перманентной завивки), а также другие механические, химические факторы и факторы окружающей среды могут удалять, по меньшей мере, часть F-слоя, разрывая цистеин-липидную тиоэфирную связь, оставляя подвергшуюся воздействию эпикутикулу, которая содержит сульфонатные группы на цистеиновых остатках.

Анионные сульфонатные группы на цистеиновых остатках на поверхности эпикутикулы изменяют состояние поверхности любых поврежденных волосяных волокон на гидрофильное, что в результате может придать поврежденным волосам нежелаемые свойства. Более того, наблюдается, что более гидрофильные (и, следовательно, более поврежденные) волосяные волокна снижают осаждение активных веществ ранее использованных гидрофобных кондиционеров (таких как, например, диметилсилоксаны, жирные спирты и кислоты и четвертичные амины), за счет нековалентных взаимодействий и связей. Соответственно, композиции и способы, описанные в данной заявке, обеспечивают привлекательный подход к обработке таких поврежденных субстратов.

На Фиг.2 схематически проиллюстрировано одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, по обработке субстратов. Обеспечивают композицию, содержащую активный компонент, имеющий гидроксильную группу (R-OH), и фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, в присутствии субстрата, содержащего поверхностные сульфонатные и карбоксильные группы. Фотокатализатор поддается действию света, который вызывает образование кислоты или основания фотокатализатором. Кислота или основание катализирует образование ковалентной сложноэфирной связи между гидроксильной группой активного материала и карбоксильной группой субстрата.

На Фиг.3 и Фиг.3А, которые рассматриваются вместе, схематически проиллюстрировано одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, по обработке субстратов. Показана часть волосяного волокна, содержащая липидный слой (F-слой) и протеиновый слой (эпикутикула). Протеиновый слой содержит структурные протеины, такие как, например, кератин, имеющий дисульфидные связи между цистеиновыми остатками. Волос может быть обработан восстанавливающим агентом, чтобы разорвать дисульфидные связи с образованием соответствующих тиольных групп. Волос может быть дополнительно обработан активным компонентом, который содержит одно или более соединений, способных к реакции с образованием ковалентных связей между одним или более соединениями активного компонента и/или между одним или более соединениями активного компонента и тиольными группами. Волосяное волокно также обрабатывают фотокатализатором. Один или более активных компонентов и фотокатализатор проникают в поверхность субстрата волосяного волокна. Субстрат волосяного волокна, обработанный одним или более активными компонентами и фотокатализатором, поддают действию света приемлемой длины волны, чтобы активировать фотокатализатор и катализировать реакцию между одним или более активными компонентами в субстрате волосяного волокна волоса и тиольными группами.

В различных осуществлениях, активные материалы могут быть одним или более мономерами, способными к полимеризации или сополимеризации в присутствии кислоты или основания. Волокна обрабатывают композицией, содержащей фотокатализатор и мономеры активного материала, которые, по меньшей мере, частично проникают в волокно. Под действием света фотокатализатор активируется, таким образом генерируя кислоту или основание, которые катализируют мономеры активного материала для полимеризации или сополимеризации мономеров, таким образом образовывая полимер или сополимер активного материала in situ, которые необязательно могут присоединяться к волокну путем образования ковалентных связей между тиольными группами и полимером или сополимером.

В других осуществлениях (не показано), эти полимеры или сополимеры активного материала нековалентно присоединяются к волокну. Например, полимер или сополимер, образуемый in situ, может быть физически иммобилизирован на поверхность волосяного волокна или в поры волосяного волокна. Полимер или сополимер, образуемый in situ, может также быть связан с волосяным волокном физическим и/или химическим взаимодействием, таким как, например, адсорбция, абсорбция, электростатическое взаимодействие, фрикционное взаимодействие, стерическое взаимодействие, и/или эффекты исключения размера с поверхностью и/или в объеме субстрата.

В различных осуществлениях мономеры активного материала могут быть стиролом или производным стирола, таким как, например, α-метилстирол. Мономер может также содержать смесь разных мономеров, таких, что in situ при полимеризации или сополимеризации (на поверхности и/или в объеме субстрата) получают полимер или сополимер.

На Фиг.4 схематически проиллюстрировано одно неограничивающее осуществление композиций и способов, описанных в данной заявке, по обработке субстратов. Обеспечивают композицию, которая содержит активный материал, имеющий карбоксильную группу, и фотокатализатор, способный генерировать кислоту или основание под действием света, в присутствии субстрата, содержащего поверхностные гидроксильные группы. Фотокатализатор поддают действию света, что вызывает образование кислоты или основания фотокатализатором. Кислота или основание катализирует образование ковалентной сложноэфирной связи между гидроксильной группой субстрата и карбоксильной группой активного материала.

Поэтому, фотокатализ реакций образования сложноэфирных и/или сложнотиоэфирных ковалентных связей между активными компонентами и субстратами в различных осуществлениях композиций и способов, описанных в данной заявке, обеспечивает эффективный, регулируемый, стабильный и физиологически приемлемый подход к обработке субстрата, такой как, например, восстановление и/или укрепление F-слоя и рогового слоя волос и кожи, соответственно.

На Фиг.5 представлено схематическое изображение одного неограничивающего осуществления механизма использования композиций и способов, описанных в данной заявке, в контексте фотокислотного катализатора. На первой стадии, обеспечивают раствор реагента, который включает реагент, который может быть активным компонентом, и фотокислотный катализатор. Раствор реагента может содержать шампунь, кондиционер, другой продукт личной гигиены или потребительский продукт по уходу. На второй стадии, раствор реагента наносят на субстрат, которым может быть, например, кожа, волосы, ткань или твердая поверхность. Компоненты раствора реагента осаждаются на поверхности субстрата. На третьей стадии, систему, содержащую раствор реагента и субстрат, поддают действию света. Свет вызывает депротонирование фотокатализатора. На четвертой стадии, между реагентом и поверхностью субстрата происходит фотокислотно-катализируемая реакция этерификации. На пятой стадии, непрореагировавший катализатор, реагент и протоны рассеиваются с поверхности субстрата и удаляются из системы. На шестой стадии, модифицированный/функционализированный субстрат сушат. На седьмой стадии, модифицированный/функционализированный субстрат моют и ополаскивают. Модифицированный/функционализированный субстрат по существу сохраняет ковалентно связанный реагент после мытья и ополаскивания.

На Фиг.6 представлено схематическое изображение одного неограничивающего осуществления композиций и способов, описанных в данной заявке. Обеспечен пористый материал субстрата 10. Материал субстрата 10 включает поверхность субстрата 15 и объемную часть 20, имеющую поры 25. Материал субстрата 10 обрабатывают композицией, содержащей активный материал 30 и фотокатализатор 35. Активный материал 30 может содержать молекулы, способные к совместному реагированию в присутствии кислоты или основания с образованием вторичного соединения. Например, активный материал 30 может содержать один или более типов мономера, способного к реагированию с образованием полимера или сополимера в присутствии кислоты или основания. Активный материал 30 и фотокатализатор 35 проникают, по меньшей мере, частично, в поверхность 15 субстрата 10 в объемной части 20 через поры 25. Субстрат 10 подвергается действию света приемлемой длины волны для активирования фотокатализатора 35, который генерирует кислоту или основание, чтобы катализировать реакцию активного материала 30 на поверхности 15 и/или в объемной части 20. В это время активный материал катализируется и связывает субстрат, другой активный материал образует вторичный активный материал из двух или более активных компонентов композиции, катализируемой in situ. Этот вторичный активный материал 40 присоединяется к поверхности 15 и/или в объемной части 20 материала субстрата 10. Вторичный активный материал 40 может содержать, например, полимеры, сополимеры или их комбинации. Вторичный активный материал 40 может образовывать полимерную сеть 45, кот