诃子色素染发研究

宋慧君，梅洪稳，刘丽娇，苏国鑫，曹建峰

（河南工程学院材料与化学工程学院，河南郑州 450007）

目前，市场上销售的染发产品以氧化型染发剂（合成染发剂）为主，也有少数添加微量植物色素作为天然成分或者颜色调节剂。氧化型染发剂常用的染色中间体有对苯二胺、邻苯二胺、间苯二胺、对氨基苯酚及其衍生物，长期使用会危害人们的身体健康。近代科学研究表明，多发性骨髓瘤、皮肤癌的发生与含苯二胺染发剂的长期使用、职业接触有关[1-2]。

诃子色素是从诃子果中提取的天然染料，具有良好的生物降解性，无毒、无害，对皮肤无过敏、不致癌，还具有药物保健功能及良好的抗紫外线性能[3-4]。目前，天然染料在纺织品染色中的应用研究较多[5-7]，但天然染料在头发染色中的应用研究较少。头发的结构与羊毛类似，头发的毛干部分从外至内可分为角质层、皮质层和髓质层3层，其中，角质层中含有大量的高硫蛋白，结构紧密，能抵御机械拉伸、摩擦、日晒、水洗等各种外界损伤，对头发具有保护作用，又称为鳞片层[8]。由于头发鳞片层结构紧密，造成染色时染料大分子从头发表面向内部扩散困难。羊毛染色时，可以通过升高染色温度使鳞片层膨化，从而有利于染料从纤维表面向纤维内部扩散，但头发在染色温度超过50 ℃时，人体会有不适感。本研究通过微碱性条件和膨化剂的协同作用使头发的鳞片层有效膨化，使天然色素分子能够顺利通过鳞片层到达皮质层，以获得良好的色牢度及较高的得色量。

1 实验

1.1 材料和仪器

材料：白头发（本人及同事提供）；30%双氧水、冰醋酸、碳酸氢钠、碳酸钠、无水硫酸钠（分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司），膨化剂A（自制），双氧水活化剂（工业级，广东德美精细化工股份有限公司），硫酸亚铁（分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司），诃子色素（食品级，粉状，太原永耀生物科技有限公司），力士洗发乳、力士精华素[联合利华（中国）有限公司]。

仪器：Quanta 250 扫描电子显微镜（捷克FEI 公司），HD021NS 电子单纱强力仪（南通宏大实验仪器有限公司），HH-4数显恒温水浴锅（常州市国立实验设备研究所），PHS-25型pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司），CE7000A 型SCT 染料纺织品测色配色仪（沈阳彩普科技有限公司）。

1.2 染色工艺

1.2.1 工艺配方

预处理：H2O25%、膨化剂A 10%、双氧水活化剂0.5%、10%的羟乙基纤维原糊53%，用碳酸钠调pH为9。

媒染：膨化剂A 10%、硫酸亚铁2%、10%羟乙基纤维原糊53%。

染色：诃子色素1%、2%、3%、4%、5%、6%，硫酸钠1%、2%、3%、4%、5%、6%，10%羟乙基纤维原糊53%，膨化剂A 10%，pH=5、6、7、8、9。

1.2.2 工艺流程

将预处理剂均匀地抹在头发上，用保鲜膜密封，置于烧杯中，放入45 ℃恒温水浴锅中处理50 min后，用水洗净。然后将媒染剂均匀地抹在头发上，用保鲜膜密封，置于烧杯中，放入45 ℃恒温水浴锅中处理30 min 后，用水洗净，再将染色剂均匀地抹在头发上，用保鲜膜密封，置于烧杯中，放入45 ℃恒温水浴锅中处理一段时间。最后用水洗净，晾干。

1.3 测试

拉伸性能：用电子单纱强力仪测定头发的断裂强力和断裂伸长率，每组试样测试10次，取平均值。

颜色特征值：用测色配色仪测定，采用D65光源和10°观察角，每份试样测4次，取平均值。

表面形貌：用扫描电子显微镜观察。

色牢度：用力士洗发乳揉洗染色头发1 min，冲洗1 min，再用力士精华素揉洗1 min，冲洗1 min，毛巾擦过后用吹风机吹干，梳理，为洗涤1次[9]。对头发多次洗涤，用测色仪测试洗涤前后染色头发的L*、a*、b*值，采用D65光源和10°观察角，每份试样测4次，取平均值。洗涤前后的色差（ΔE）按下式进行计算。

其中，L0*、a0*、b0*分别为洗涤前的颜色特征值，Ln*、an*、bn*分别为洗涤n次后的颜色特征值。

2 结果与讨论

2.1 头发表面形貌

将未处理及经过预处理的白发洗净，用扫描电子显微镜观察表面形貌，结果见图1。由图1可知，经过预处理后，头发的鳞片变短，但鳞片层依然存在，因此，预处理不会明显降低头发的强力。

图1 头发的表面形貌

2.2 头发染色工艺优化

2.2.1 诃子色素用量

由于自然生长的白发有限，为节约白发用量，工艺条件探讨时，在北窗自然光下目测头发的染色效果。考虑到染发时人体感觉的舒适度，预处理、媒染、染发温度均选45 ℃。

按照工艺配方及工艺流程染发，其中，硫酸钠用量为4%、pH=8、染发时间60 min，诃子色素用量对头发拉伸性能及染色效果的影响见表1。由表1可以看出，随着诃子色素用量的提高，头发的断裂强力和断裂伸长率均没有明显的变化。随着诃子色素用量的提高，染色后头发的颜色变深。这是因为诃子色素用量提高，上染到头发上的诃子色素增多。诃子色素用量提高到5%后，继续提高诃子色素用量，染色后头发颜色不再变深，因此，诃子色素用量以5%为佳。

表1 诃子色素用量对头发拉伸性能及染色效果的影响

2.2.2 硫酸钠用量

按照工艺配方及工艺流程染发，其中，诃子色素用量为5%、pH=8、染发时间60 min，硫酸钠用量对头发拉伸性能及染色效果的影响见表2。由表2可以看出，随着硫酸钠用量的提高，头发的断裂强力和断裂伸长率均没有明显的变化；染色后头发的颜色变深。这是因为在弱碱性条件下，头发纤维和诃子色素都带负电荷，两者之间存在斥力作用，硫酸钠的加入可降低头发纤维与诃子色素之间的斥力，起到促染作用。硫酸钠用量提高到4%后，继续提高硫酸钠用量，染色后头发颜色不再变深，为此，硫酸钠用量以4%为佳。

表2 硫酸钠用量对头发拉伸性能及染色效果的影响

2.2.3 染色pH

按照工艺配方及工艺流程染发，其中，诃子色素用量5%、硫酸钠用量4%、染发时间60 min，染色pH对头发拉伸性能及染色效果的影响见表3。由表3可以看出，随着pH 升高，头发的断裂强力逐渐下降，断裂伸长率逐渐提高，染色后头发的颜色逐渐加深。这是因为：（1）头发属于蛋白质纤维，耐碱性较差，碱性条件会导致蛋白质肽键的水解，从而引起强力下降[10]；（2）在膨化剂与碱剂的协同作用下，有利于头发鳞片层的膨化，从而有利于诃子色素扩散通过头发表面的鳞片层到头发的皮质层，提高诃子色素的上染率。pH从8提高到9，头发的断裂强力下降，而颜色没有明显变化，为此，染色pH以8为佳。

表3 染色pH对头发拉伸性能及染色效果的影响

2.2.4 染色时间

按照工艺配方及工艺流程染发，其中，诃子色素用量5%、硫酸钠用量4%、pH=8，染色时间对头发拉伸性能及染色效果的影响见表4。由表4 可以看出，随着染色时间延长，头发的断裂强力有所下降，断裂伸长率有所提高，但变化不明显。因为头发属于蛋白质纤维，耐碱性较差，碱性条件下处理时间越长，对头发的损伤越严重，但本实验的碱性很弱，因此，对头发拉伸性能的影响不大。随着染色时间延长，染色头发的颜色逐渐加深，因为随时间延长，上染到头发上的诃子色素越多。染色时间延长到75 min 后，继续延长染色时间，头发的颜色不再继续加深，可能是染色达到了平衡，因此，可以依据所需得到的颜色选择适宜的染色时间，要得到较乌黑的头发可采取染色75 min。

表4 染色时间对头发拉伸性能及染色效果的影响

2.3 最佳染色工艺下染发的颜色特征值及色牢度

染得头发的颜色特征值见表5，色牢度见图2。由表5可知，染色后头发的亮度值L*、红绿色度值a*、黄蓝色度值b*、鲜艳度值c*均很小，说明所染颜色为黑色，不鲜艳。K/S值大，说明染的头发比较乌黑。

表5 头发的颜色特征值

由图2可知，随洗涤次数增多，色差值（ΔE）增大，洗涤次数超过12 次后，随洗涤次数增多，色差值变化不大。因为洗涤时，部分头发表面的染料分子被洗去，随洗涤次数增加，头发表面的染料分子逐渐减少，渗透到头发内部的染料分子不易洗掉，色牢度好。

图2 头发的色牢度

3 结论

最佳染色工艺为：诃子色素5%、膨化剂A 10%、硫酸钠4%、10%的羟乙基纤维原糊53%，pH=8，染色温度45 ℃，染色75 min，可获得比较乌黑的头发，且具有良好的色牢度。

提标提质助推柯桥印染行业高质量发展

昨天上午，柯桥区委副书记、柯桥区长赵如浪在柯桥区印染行业高质量发展推进工作会议上指出，印染产业是柯桥的传统产业、主导产业、优势产业，柯桥区上下要进一步坚定信心，凝聚共识，围绕“绿色高端、世界领先”目标，稳中精进，提标提质，助推柯桥区印染行业实现高质量发展。副区长齐方良主持会议。

赵如浪在讲话中说，通过集聚升级，柯桥区印染企业数量明显减少，设备工艺大幅提升，质量效益显著提高，印染产业由“铺天盖地”逐步迈向“顶天立地”，较好实现“绿色突围”。他指出，印染行业的深度调整期、深度提升期已到来，各相关部门、行业协会和企业家要紧扣形势，认识印染行业高质量发展的重要意义，这不仅是行业和企业主动适应经济新常态的需要，也是打造国际纺织之都需要，更是提升区域综合竞争力的需要。要聚焦重点，明确印染行业高质量发展的目标任务，力争通过3年时间，持续推动印染企业集聚滨海后向高新化、智能化、绿色化发展，进一步深化“亩均论英雄”改革，大力实施“加工转经销”，推动印染行业智能化改造，高标准打造绿色印染，分类处理废水，收集治理废气，规范处置固废，同时不折不扣做好安全生产工作。要齐心协力，加强印染行业高质量发展的服务保障，各级各部门要各司其职、形成合力，严格督考、优化配置，强化宣传、营造氛围，让印染行业高质量改造提升成为全社会的广泛共识，成为广大印染企业的自觉行动，成为区域经济发展的强大动力。

会上，柯桥区经信局、柯桥区生态环境分局、柯桥区应急管理局、柯桥区科技局、马鞍镇相关负责人，分别就推进印染企业智能化改造、定型机废气治理、安全生产、科技创新、推进印染企业“加工转经销”等相关工作作详细布置。