染发及护发对人发结构特性的影响研究

刘 双，汪 静，迟建卫，曲 冰

（大连海洋大学 理学院，辽宁 大连116023）

1 引 言

毛发的微观结构存在着种间差异［1］，根据毛发鳞片表面形态结构，可将其分为鳞状、波状、芽状和指状4类，人发属于鳞状结构［2］.20世纪30年代至40年代，毛的微观结构研究逐渐应用于毛纺行业等多个方面［3］.20世纪70年代至80年代后，电子显微镜被广泛地应用于毛发的微观结构研究中，人们可以更加清晰准确地观察到人发的微观结构［4］.

人发主要由3部分组成：在纤维外部的鳞片层、组成人发实体主要部分的皮质层和处于纤维中心不透明的髓质层［5］.人发发质的好坏取决于人发结构与组分的完整性，即与其外部形貌、表面结构、内部组分都是密不可分的.染发过程实际上是先把人发中的连接链打断，然后按需要将已经被破坏的键重建，从而使染发后的颜色改变.染发时通过使用强碱性溶液打开鳞片，使染发剂穿过鳞片到达毛皮质内［6］.人发的主要成分是蛋白质，与其他蛋白质相比，人发蛋白质的性质比较不活泼［7］.但人发对沸水、酸、碱、氧化剂与还原剂比较敏感.在染发时使用的是强碱性的化学试剂，并在此过程中人发将长时间接触高温，因此，在染发的过程中，除身体会受到损害［8］，人发也会受到损伤［9］.而经过适当pH值的养护产品的保养，将有助于修护受损的碱性人发，使之回归较正常的健康状态.本文研究了染发及护发对人发形态结构、直径、弹性模量、断裂力、pH值等参量的影响.

2 实验材料与方法

2.1 实验仪器与材料

2.1.1 实验仪器

搭建了毛发弹性模量测量装置，克服了弹性模量测定仪砝码过重及无法进行较短毛发测定等困难，如图1所示.此装置包括水平仪、测量架、望远镜、标尺、光杠杆、移测显微镜（JCD3型，浙江光学仪器制造有限公司生产）、光学显微镜（E-clipse 80i型，Nikon Instruments inc.生产）、钠光灯（GP20Na低压钠光灯源，浙江光学仪器厂生产），笔试pH／电导率／TDS／盐度计（EC500防水型，上海三信仪表厂生产）、真空干燥箱（DZF-6020型，上海精宏实验设备有限公司生产）、电子式拉力试验机（LD-5型，长春科新试验仪器有限公司生产）.

图1 毛发弹性模量测量装置

2.1.2 实验材料

某品牌pH值为10.15的染发剂，某品牌pH值为5.30的洗发水，某品牌pH值为4.30的护发素，某品牌pH值为4.36的修护精华乳以及从同一身体健康的汉族女青年处取得的未经任何染烫处理的45根人发.从未经任何处理的人发中抽取15根记为A组；取30根人发涂抹染发剂并放于70℃真空干燥箱中加热0.5h后清洗、干燥，从中随机抽取15根记为B组，将余下15根人发平均每3天用普通洗发水清洗1次并涂抹护发素及修护精华乳后干燥，连续处理2个月后记为C组.

2.2 实验方法

实验利用劈尖干涉法测量毛发的直径，利用光杠杆法测量人发形变的微小伸长量，利用逐差法来处理测定的数据，采用拉伸法测量毛发的弹性模量.

通过电子式拉力试验机进行毛发的断裂力的测定.将人发两端分别夹入移动横梁的上下2个夹头中，通过控制面板上的按键，使上夹头均匀向上移动，注意观察显示器中拉力的实时数值，当头发断裂时记录瞬间拉力的最大值，即为头发的断裂力.

分别取A，B，C 3组人发，对其进行直径、弹性模量、断裂力及pH值的测定.

3 实验结果与讨论

3.1 染发及护发对人发表面微观结构的影响

利用光学显微镜观察在400倍的放大倍率下染发及养护前后人发的表面微观结构的变化，如图2所示.

由光学显微镜照片可见，处理前的人发表面［图2（a）］鳞片轮廓明显，排列整齐，相互致密，几乎无翘起现象.染后的人发［图2（b）］鳞片轮廓模糊，排列相比之前不够紧密，多处呈现鳞片翘起现象，且有鳞片脱落导致的疤痕存在.养护后的人发［图2（c）］鳞片虽仍有翘起现象，但情况相比新染后的人发明显减少很多，鳞片之间的贴合较之前也更加紧密.

图2 人发表面微观结构（400×）

3.2 染发及护发对人发直径的影响

利用劈尖干涉法测量染发及养护发前后人发直径的实验结果如表1所示.

表1 染发及养护前后人发直径

结果表明，染后人发直径明显大于染前直径，而经过一段时间的养护处理后人发直径略微变小，但相比未经任何处理时仍然偏大.由于强碱性的染发剂会对人发造成一定的腐蚀，这会使人发毛鳞片受损产生翘起，而加热更有利于毛鳞片张开，毛鳞片的大量翘起使得人发的直径变大，而染发剂通过张开的毛鳞片进入内部所产生的化学反应使人发内部连接键重新排列，这一过程可能会导致人发直径的进一步变大.偏酸性的护发产品有利于毛鳞片的闭合，会使人发直径略微变小，但始终无法恢复到未经处理的自然状态.

3.3 染发及护发对人发拉伸性能的影响

通过光杆杆法测量人发弹性模量相关数据比较繁多，每组实验通过1根人发进行参量列举，如表2～3，其中F为人发所受拉力，d为人发的长度，x为光杠杆足尖距，H为镜面到标尺的距离，D为人发的直径，ni为增重时标尺读数，nj为减重时标尺读数，为2次测量的平均值.

表2 人发弹性模量的测量

通过实验得到的相关数据，利用逐差法测定染发及护发前后人发弹性模量的实验结果，如表4所示.

表3 人发加减负荷后的标尺读数

表4 染发及养护前后人发弹性模量

实验结果表明，染后人发的弹性模量明显变小，而经过养护的人发弹性模量有所增大.弹性模量越大，说明材料的刚性越强，当弹性模量变大说明人发刚性增强，柔韧性变低，当弹性模量变小说明人发刚性减弱，柔韧性变大.新染的人发由于使用了化学试剂造成其内部链接的改变，使其暂时柔韧性变大，由于养护作用，染发剂对人发的破坏影响日益减小，但始终无法达到未处理前同等水平.

染发及护发前后人发断裂力的实验结果如表5所示.

测量结果表明，新染的人发同染发前人发的断裂力相差不明显，但经过一段时间养护的人发断裂力却明显减小.染发会使人发内部链接改变，造成内部损坏，造成发质疏松，同时长期毛鳞片张开会导致人发流失必要的水分，干枯易碎，即使经过养护依然无法从根本上改变染发对人发造成的伤害.

表5 染发及养护前后人发断裂力

3.4 染发及护发对人发pH值的影响

染发及护发前后人发pH值的实验结果如表6所示.

表6 染发及养护前后人发pH值

由表6可知以染前人发为对照组，使用pH值为10.15的碱性染发剂染发后人发pH值明显增高，经过一段时间养护人发pH值略有下降，接近对照组pH值.人发pH值的最佳酸碱度为4.50～5.50，由于受外界条件影响及个体差异等因素，本实验中自然状态下人发的pH值为5.70，当使用强碱性的染发剂对人发进行处理后，会使人发的pH值偏离正常的范围，而通过使用pH值接近人发自然状态pH值的护发产品，会使人发的pH值逐渐地回归到正常，减小染发对人发的伤害.

4 结束语

本文研究了染发及护发对人发表面微观结构、pH值、直径、弹性模量、断裂力的影响.结果表明碱性染发剂染发会使人发pH增高，直径变大，拉伸性能减弱，而养护会使人发得到一定的改善，使其pH值降低、直径减小，但由于染发剂对人发的损伤已经深入人发内部，即使经过养护人发各项指标依旧无法恢复至未经处理的自然状态.因此要尽量减少人发同强酸和强碱的接触，而且在各种化学试剂处理后需要彻底清洗，并使用接近于人发自然状态下pH值的洗发和护发产品对人发进行养护.

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