头发保湿的科学

　　在人类的社交活动中，亮泽、柔顺的头发和优美的发型常常能给人赋予特有的魅力。因此。日常生活中的头发护理显得十分必要。在护肤领域中，保湿是一个广为人知的概念，保湿技术可以说是护肤技术的基础。同样，头发的保湿也是一个很容易为人接受的概念。然而，头发保湿到底有没有科学根据?保湿是否等于头发中的高水含量?保湿究竟能给头发带来什么样的美发护发效果?在本文中我们将会分析和讨论这些问题。
　　
　　1、头发中水含量的变化
　　
　　头发是由三个部分组成的，由外到内分别为毛小皮(cuticle)、毛皮质(cortex)和毛髓质(medulla)。毛小皮是头发的外表层，其作用是保护毛皮质，只占全部头发的15％左右。毛皮质是头发最主要的构成部分，它决定头发的弹性、强度、色调与粗细。毛皮质部分的面积占头发总截面的82％左右。如图1所示，毛皮质由纤维束组成，而纤维束的最小单位是三根拧在一起的α-角蛋白原纤维。正是这种纤维束的结构赋予了头发强韧的特征。毛髓质是头发的中心部分，面积只占头发总截面的3％左右。毛髓质对头发的性质影响不大。
　　头发的主要化学成分是角蛋白(keratin)，占头发的65％到95％(根据头发中水含量的不同而改变)。存在于角蛋白链内和链间的各种化学键起到赋予头发强度及维持形状的作用。而角蛋白是氯基酸的聚合物。是由十几种氨基酸组成的。正因为如此，蛋白链内和链间的化学键包括：酰胺键(amide bond)或多肽键(peptide bond)、二硫键(disulfide bond)、离子键(ion bond)或盐键(salt bond)和氢键(hydrogen bond)(图2)。
　　
　　头发的另一重要成分就是水。头发中水的含量受环境湿度的影响(图3)，通常情况下占头发总重量的6-15％，湿发中的水含量最大时可达35％左右。水的存在可以起到降低角蛋白链间氢键形成程度、从而使头发变得柔软的作用。这也是湿发比干发更易拉伸得原因(图4)。当拉伸一根健康未受损的湿头发时，它可以伸长30％左右，并且能在干燥后回复到原来的长度。
　　在日常生活中，烫发、漂白和染发都会在一定程度上损伤头发。引起头发化学损失的物质包括烫发剂(permanent waving agent)、直发剂(hair straightener)、染发剂(hair dye)和漂白剂(hair bleacher)等。这些化学物质都是通过穿透毛小皮进入毛皮质而起作用的。因此，毛小皮会首当其冲地受到损伤。毛小皮最外层的疏水性保护膜－脂肪酸层(F-layer)首先被分解而脱离，继而毛小皮出现许多微小的空洞，最终毛小皮变得粗糙并容易出现剥蚀。同时，化学损失还可以造成头发中蛋白质的分解和流失，使得头发内部结构空洞化。其结果之一就是使得头发变得对外界的环境湿度更为敏感。图5比较未染过和染过头发中水含量的变化。可以看出，当外界湿度从80％变为45％时，染过的头发中的水分流失得更快，最终的水含量也更低。
　　
　　综上所述，头发中的水含量是可变的。它随外界湿度而变，而其变化幅度会受头发损伤程度的影响。
　　
　　2、头发的保湿
　　
　　那么，头发的保湿是否真地可行呢?换言之，能否通过使用护发成分而将头发中的水分含量保持在一个较高的水平呢?回答是肯定的。方法主要有两个：一是在头发表面覆盖上一层保护膜，通过封闭原理来减缓头发中水分向外的渗透；二是使用可以和水分子有效结合的保湿剂，使得水分不易挥发。
　　
　　用于形成护发膜最常见的成分就是硅油。由于硅油具有极低的表面张力(16-20mN/m)，可以均匀地在头发表面展开，形成一层薄薄的保护层(图6)，从而在一定程度上防止头发中水分的挥发。图7中的实验结果演示含有硅油的护发产品对染后头发中水含量的调控作用，即减少在低湿度条件下头发内水分的流失。从图中可见，当环境湿度从高(80％)转为低(45％)时，只用洗发水洗过的头发水分流失较快，最终的流失量较多；而经过含硅油的护发素护理后，则头发中水分流失较慢，最终的流失量较少。
　　除护发膜外，在护肤领域常用的保湿剂如甘油等多醇类、有机酸类、氨基酸衍生物等也都可以起到减缓头发中水含量降低的作用。其中如L-吡咯烷酮-5-羧酸钠等对减缓头发中水分的挥发效果比较明显。当然，实际选择使用何种保湿剂时还要考虑以下两点：1)该保湿剂应该能够有效地沉积和分布在头发上；2)该保湿剂不能对头发表面性能和手感起负面的作用。
　　
　　
　　3、头发保湿的美发护发效果
　　
　　我们下面要讨论的是头发保湿对美发护发的影响。保湿不是目的，而是手段。通过保持一定的水分、防止头发过度干燥，可以减少因湿度降低而造成的头发静电增加、乱发及毛燥等的发生几率。还可以使得头发感觉更加柔软。
　　图8是水含量对头发形状影响的模型图。前面讲过，头发是由蛋白质组成的，而蛋白质之间的氢键就像锁链一样，对头发的形状起着决定性的作用。然而，蛋白质之间氢键的形成程度受头发中水含量的影响很大。水分子可以轻易地打断蛋白质之间的氢键。当一部分氢键被打断后，头发变得相对柔软。如果能够保持这一状态，对头发来说应该不是一件坏事。但问题是水分往往很容易挥发，此时氢键会重新形成。而如果在这一过程中头发正在经历外部的干扰(如睡觉时枕头对头发的压迫等)，则发型会被固定在这种受干扰的状态。结果是产生不理想的发型和头发状态，如乱发和毛燥等。因此，能够保持头发内部的水含量才是最理想的。如果能像图9所示那样，通过使用保湿剂减缓头发中水分的挥发，则可将头发形状保持在一个比较理想的状态，即不乱且无毛燥。
　　
　　毛燥的定量测试可通过图像分析法来完成。通过此法可测出毛燥在整体头发中所占的比例。图10显示一组测试结果的例子。可以看出，左图中的头发中毛燥所占的比例较高，而右图中的毛燥含量相对较低。这一差异可以通过电脑软件来定量。一般来说，保湿效果越好，头发中毛燥所占的比例越小。
　　下面就让我们来看看硅油护发保湿膜对毛燥的影响。图11分别给出三个不同的头发表面的电镜图像，即没有护发膜覆盖的受损头发、有1.5纳米厚度护发膜覆盖的头发以及6.7纳米护发膜覆盖的头发。图12则是这三类不同头发的毛燥测试结果。从数据可见，护发膜对防止毛燥的产生有明显的效果，且护发膜的厚度约大则效果越好。
　　
　　我们再来看保湿对头发柔软度的影响。前面说过，头发中的水含量高则角蛋白内和角蛋白间的氢键形成程度低。而如图13所演示的，氢键形成程度越低则头发越柔软。这一点可以通过图14中保湿剂对头发弯曲刚度影响的实验数据得以证明。图中结果表示，保湿剂有明显的降低头发弯曲刚度的作用。
　　最后，我们再来探讨—下消费者所诉求的头发保湿感与技术上的保湿(高含水量)是否等同呢?答案是否定的。图15表示的是在不同湿度下消费者对头发保湿程度的感觉。图中数据显示，80％相对湿度下头发的水含量是15％湿度下的两倍以上。然而，绝大多数的消费者却认为15％湿度下的头发更为“保湿”。可见，消费者所说的保湿并不等于头发中的高水含量。事实上，消费者所说的保湿往往是指头发更顺滑、不粗糙。这恰恰是疏水性的头发表面所具有的特征，往往是由护发产品中所用的硅油或阳离子护发剂所带来的。
　　
　　综上所述，技术意义上的头发保湿可以给头发带来无毛燥、柔软等良好的效果。然而，它与消费者所说的头发保湿的感觉并不一定是一回事。在设计产品技术时，应针对该产品的目标性能而选择使用保湿剂或其它提供“保湿”感觉的成分。
　　
　　编辑　林