Direktziehende Farbstoffe sind bereits farbige Moleküle, die sich ohne Oxidationsreaktion und ohne Entwickler an die Haarfaser binden. In semipermanenten Farbmasken bestehen zwei Familien nebeneinander: kationische Farbstoffe, im INCI am Präfix «Basic» erkennbar (Basic Red 51, Basic Blue 99, Basic Yellow 87), die sich durch elektrostatische Anziehung an die anionischen Stellen des Keratins binden, und Nitrofarbstoffe, am Präfix «HC» erkennbar (HC Blue 2, HC Yellow 2, HC Blue 16), kleine neutrale Moleküle, die in die Faser diffundieren und dort durch schwache Kräfte gehalten werden.

Diese beiden Mechanismen erklären, warum eine Farbmaske nie aufhellt, warum dieselbe Mischung je nach Ausgangsbasis unterschiedliche Ergebnisse liefert und warum die Farbe von Wäsche zu Wäsche nachlässt. Hairswiss analysiert hier die Chemie dieser Moleküle und ihre Folgen im Salon.

Was unterscheidet einen Direktfarbstoff von einem Oxidationsfarbstoff?

Bei der Oxidationsfarbe reagieren farblose Vorstufen wie Para-Phenylendiamin im alkalischen Milieu mit Wasserstoffperoxid. Die farbigen Moleküle entstehen im Cortex und werden zu gross, um ihn wieder zu verlassen: Ihr Einschluss sorgt für die Dauerhaftigkeit, wie unser Artikel zur Chemie der professionellen Haarcoloration erklärt.

Ein Direktfarbstoff folgt der umgekehrten Logik. Das Molekül ist vor der Anwendung bereits farbig, durchläuft keine chemische Reaktion und wird ohne Oxidationsmittel eingesetzt. Die direkte Folge: Ohne Peroxid wird das Melanin nicht abgebaut. Ein Direktfarbstoff fügt Farbe hinzu, er nimmt nie welche weg.

Wie binden sich kationische Farbstoffe an Keratin?

Keratin trägt Carboxyl- und Sulfonatgruppen, die beim pH-Wert von Haarformulierungen negativ geladen sind. Kationische Farbstoffe besitzen dagegen eine permanente positive Ladung. Die 2015 in Cosmetics veröffentlichte Übersichtsarbeit fasst den Mechanismus zusammen: Die positiven Stellen des Farbstoffmoleküls binden sich über eine Ionenbindung an die negativen Stellen der Faser.

Es ist dasselbe Prinzip der elektrostatischen Anziehung, mit dem sich pflegende Polymere auf dem Haar ablagern, beschrieben in unserem Artikel über Polyquaternium. Laut derselben Übersichtsarbeit sind kationische Farbstoffe waschbeständiger als Nitrofarbstoffe, und da ihre Moleküle ähnlich gross sind, ziehen sie gleichmässig auf und waschen sich gleichmässig aus.

Diese Stoffe sind in Anhang III der Verordnung (EG) Nr. 1223/2009 geregelt. Für Basic Red 51 beträgt die Höchstkonzentration zum Beispiel 1,0 % in nicht oxidativen Haarfärbemitteln und 0,5 % auf dem Haar nach dem Mischen unter oxidativen Bedingungen, mit der Pflicht, auf der Etikette die Warnhinweise zu allergischen Reaktionen anzugeben.

Wie wirken HC-Nitrofarbstoffe?

Nitrofarbstoffe sind neutrale aromatische Amine oder Anthrachinonderivate, stark polar, aber kaum wasserlöslich. Sie brauchen ein glykolartiges Lösungsmittel, was das häufige Vorkommen von Propylene Glycol oder Glycerin in den entsprechenden Formulierungen erklärt.

Da sie keine Ladung tragen, verankern sie sich nicht über eine Ionenbindung: Sie diffundieren in die Faser und werden dort durch Van-der-Waals-Kräfte gehalten. Ihre Haltbarkeit hängt von der Grösse ab: Laut der zitierten Übersichtsarbeit werden Moleküle mit drei aromatischen Ringen langsamer ausgewaschen als solche mit nur einem Ring.

Die Regulierung betrifft auch die Reinheit. HC Blue 16 ist in nicht oxidativen Haarfärbemitteln bis 3,0 % zugelassen, sofern er nicht mit nitrosierenden Stoffen verwendet wird, der Nitrosamingehalt höchstens 50 µg/kg beträgt und die Aufbewahrung in nitritfreien Behältnissen erfolgt.

Warum werden beide Familien in einer Formel kombiniert?

Formulierer kombinieren Nitro- und kationische Farbstoffe häufig, um ein gleichmässigeres Ergebnis zu erzielen. Das in der Literatur beschriebene Prinzip ist komplementär: Die kationischen Farbstoffe besetzen zuerst die anionischen Stellen der Faser, danach füllen die Nitrofarbstoffe den verbleibenden Raum durch Diffusion. Die Kombination erweitert zudem die verfügbare Farbpalette, da jedes Molekül seine eigene Absorptionsbande beiträgt. Ein Beispiel ist die Nuance Gems 118 Graphite, erhältlich auf cliCHair.ch, die kationische Farbstoffe (Basic Blue 99, Basic Red 51, Basic Yellow 87) und Nitrofarbstoffe (HC Blue 2, HC Blue 16, HC Yellow 2) kombiniert.

Warum nimmt blondiertes Haar mehr Farbe auf?

Die Blondierung oxidiert einen Teil des Cystins im Keratin. Dabei entsteht Cysteinsäure mit einer anionischen Sulfonatgruppe, die vor allem in der Cuticula konzentriert ist. Eine im Journal of Cosmetic Science veröffentlichte Studie zeigte: Je höher der Cysteinsäuregehalt des Haares, desto mehr kationische Verbindungen werden adsorbiert, und oxidativ geschädigtes Haar adsorbiert Kationen leichter als reduktiv geschädigtes.

Im Salon zeigt sich das an porösen Spitzen, die die Farbe schneller und intensiver annehmen als der Ansatz. Eine ungleichmässige Porosität ergibt ein ungleichmässiges Ergebnis, selbst bei einer vollkommen homogenen Mischung.

Warum bestimmt die Ausgangsbasis die erzielte Nuance?

Der Direktfarbstoff entfernt kein Pigment: Seine Farbe addiert sich zu der bereits in der Faser vorhandenen. Das Ergebnis folgt den Regeln der subtraktiven Farbmischung, denselben, mit denen blau-violette Pigmente Gelbstiche neutralisieren. Ein blauer Farbstoff auf gelber Basis geht ins Grünliche; ein Pastellton erscheint nur auf einer sehr hellen, gleichmässigen Basis originalgetreu.

Aus demselben Grund zeigen die Farbkarten von Farbmasken die Nuancen auf einer hellen Strähne: Sie zeigen den Farbstoff allein, ohne den Einfluss eines Aufhellungspigments.

Was passiert, wenn man eine Farbmaske verdünnt?

Wird eine Farbmaske mit einer farbstofffreien Basis verdünnt, sinkt die Konzentration der farbigen Moleküle in der Mischung. Weniger verfügbarer Farbstoff bedeutet weniger besetzte Stellen auf der Faser und eine geringere optische Dichte: Die Intensität nimmt ab, die Moleküle bleiben dieselben. So entstehen Pastelltöne aus intensiven Nuancen. Ein Beispiel für eine solche pigmentfreie Basis ist Gems C Clear, erhältlich auf cliCHair.ch.

Je stärker die Verdünnung, desto weniger deckt der Farbstoff die Basis ab: Eine stark verdünnte Mischung verlangt daher eine noch hellere und gleichmässigere Basis.

Wie lange hält eine direkte Färbung?

Ohne kovalente Bindung verlassen Direktfarbstoffe die Faser im Kontakt mit Wasser und Tensiden nach und nach. Die in Cosmetics veröffentlichte Übersichtsarbeit gibt für eine semipermanente Färbung eine Haltbarkeit von drei bis sechs Haarwäschen an, gegenüber rund zwanzig bei Ton-in-Ton-Färbungen, die Direktfarbstoffe und Oxidationsvorstufen mit Wasserstoffperoxid kombinieren.

Den Aufbau der Faser, an die sich diese Moleküle binden, also Cuticula und Cortex, beschreibt unser Artikel zur Haarbiologie.

Was gilt es festzuhalten?

• Kationische Farbstoffe (Basic): positive Ladung, Ionenbindung an die anionischen Stellen des Keratins, höhere Waschbeständigkeit.
• Nitrofarbstoffe (HC): neutrale, polare Moleküle, Diffusion in die Faser, Halt durch Van-der-Waals-Kräfte.
• Blondiertes Haar: Cysteinsäure erhöht die Zahl der anionischen Stellen und damit die Aufnahme kationischer Farbstoffe.
• Ausgangsbasis: Ohne Oxidationsmittel wird nichts aufgehellt; die erzielte Farbe ist die Summe aus Basis und Farbstoff.
• Verdünnung: weniger Farbstoff, weniger Intensität, dieselben Moleküle.