高粱红染发剂的制备及染色工艺

2019-12-04尚晓玥麻文效

印染助剂 2019年11期

尚晓玥，麻文效，王强

（内蒙古工业大学轻工与纺织学院，内蒙古呼和浩特 010800）

随着对绿色环保、健康安全的重视程度越来越高，人们对染发剂的需求已经不再局限于满足头发颜色的改变，逐渐开始重视产品的安全性以及对头发的保护功能［1］。

目前，市场上的染发剂多为化学合成，其中，芳香胺类、氨基苯酚类、对苯二胺（PPD）等具有致癌性和致敏性，在破坏头发角质结构的同时，还会引起蛋白质的流失、结晶度和强度的下降［2］。相比之下，天然植物类染发剂主要以植物色素为原料，植物活性物为着色剂，通过物理方法或少量化学方法辅助完成染发［3］，过敏性低、无毒副作用、健康安全。

高粱红色素是从高粱壳中提取的一种天然产物，属于类黄酮系化合物中的异黄酮半乳糖甙，含有两种主要成分：5,4′-二羟基异黄酮-7-O-半乳糖苷和5,4′-二羟基-6,8-二甲氧基异黄酮-7-O-半乳糖苷，结构式［4］如下：

近年来，天然植物染发剂的研究已经成为一大趋势。汪茹等以提纯后的儿茶色素染发，可以将白色牦牛毛染成棕色［5］。德国汉高公司利用10%甘菊花提取物复配中性番泻叶等制成一种易于漂洗的天然染发剂［6］。目前中国市场还没有一款正式报批生产的纯天然植物染发剂［3］。本课题采用高粱红色素与表面活性剂复配得到高粱红染发剂，测定其性能并研究了染色工艺。

1 实验

1.1 材料

毛发（理发店收集），高粱红色素（河南三化生物科技有限公司），双氧水、单乙醇胺（漂白剂，天津市福晨化学试剂厂），硬脂醇和棕榈酸异辛酯（乳膏中的油相）、脂肪醇聚氧乙烯醚（乳化剂）、甘油（稳定保湿剂）（山东优索化工科技有限公司），羧甲基纤维素钠（黏度调节剂，天津中和盛泰化工有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 染发剂的制备

将硬脂醇加入烧杯中，加热至70 ℃，待其溶解后分别加入棕榈酸异辛酯和脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌溶解并混合均匀得到油相（O/W 型乳膏基质）。将甘油和羧甲基纤维素钠加入去离子水中，1 000 r/min 搅拌下加入油相，乳化20～30 min；待温度降低至60 ℃时，用NaOH 或柠檬酸调节pH；到30 ℃左右停止搅拌。染发剂配方如表1，其余为去离子水。

表1 染发剂配方

1.2.2 毛发的漂白

按照表2配方对头发纤维进行漂色，将漂色乳均匀涂抹在毛发表面，用保鲜膜包裹后放入恒温烘箱，40 ℃漂色60 min，取出洗净后晾干。

表2 漂色乳配方

1.2.3 毛发的染色

采用直接染色法、同浴媒染法、预媒染法以及后媒染法对毛发进行染色，将毛发洗净、晾干后，用小刷子将染发剂均匀地涂在毛发上，用保鲜膜将毛发包裹好并置于恒温鼓风干燥箱中，设置染色温度，一段时间后去除保鲜膜，洗净、晾干。

1.3 测试

色差值及K/S值：采用电脑测色配色仪，在D65光源下测试Lab 值以及K/S值，并通过下式计算色差值

断裂强力：根据GB/T 14337—2008《化学短纤维拉伸性能的试验方法》［7］，采用单纤维强力仪测定，预加张力和起拉力均为5 N，夹距为10 mm，测试速度为20 mm/min，测6次，取平均值。

色牢度：将试样用洗发水分别洗涤5 次、10次、15次、20 次，测定洗涤前后毛发的颜色特征值并计算色差 ΔE，评定耐水洗色牢度［8］。ΔE值越大，色牢度越差，ΔE值越小，色牢度越好。

2 结果与分析

2.1 高粱红染发剂染发工艺优化

2.1.1 染色方法

由表3可知，与漂色后的毛发原样相比，4 种染色方法的a值均有所增大，其中同浴媒染法的a值最大，表示更偏红色；同浴媒染法的色差值也最大，说明上染效果最好。

表3 染色方法对颜色特征值以及色差的影响

由图1可看出，同浴媒染法的K/S值最大，达到了21.23，其次为预媒染法，最低的是直接染色法。4种染色方法的断裂强力相差不大（115～125 cN），其中直接染色毛发的断裂强力最好。综合以上结果，选择同浴媒染法作为后续实验的染色方法。

图1 染色方法对K/S 值及断裂强力的影响

2.1.2 媒染剂

根据不同媒染剂对毛发的上染情况，对比染发剂中不同媒染剂对染发颜色的影响，选择出最适合高粱红色素以及毛发染色的媒染剂。由表4可知，经媒染剂促染后，毛发的明度即L值均有所降低，其中氯化钙的a值最高，染色效果更偏红色，而Fe2+和Fe3+的色差值较大，但染色效果更偏棕色。

表4 媒染剂对颜色特征值以及色差的影响

由图2可以看出，6 种媒染剂的K/S值从大到小顺序为：FeCl3、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、AlCl3、FeSO4；FeCl3的断裂强力较大，氯化钙的断裂强力为115.12 cN，氯化镁的断裂强力最低。考虑到其他金属离子可能对人体有害，选择氯化钙为高粱红染发剂的媒染剂。

图2 媒染剂对K/S 值及断裂强力的影响

2.1.3 染色温度

由表5可知，随着染色温度的升高，a值也随之增大，色差值基本上也呈增大趋势。相比原样，染色后毛发的L值和b值均有所下降，表明染色后毛发的明度减小，色相向红色方向移动。由图3可知，K/S值与染色温度呈正相关，这归结于分子的热运动，温度升高，毛发鳞片发生膨胀，色素大分子向毛发内部的扩散加快，更易进入毛发内部。而毛发的断裂强力与染色温度呈负相关，在60～70 ℃时，头发纤维的断裂强力急剧减小，而此时的K/S值增加不到1，考虑到高温对毛发的损伤以及实际应用情况，高粱红染发剂的染色温度选择60 ℃。

表5 染色温度对颜色特征值以及色差的影响

图3 染色温度对K/S 值及断裂强力的影响

2.1.4 染色时间

由表6可知，染色70 min 后的毛发与原发的色差最大，而在50 min 时，毛发的a值最大，无法判断最佳染色时间。

表6 染色时间对颜色特征值以及色差的影响

从图4中可以看出，随着染色时间的延长，K/S值逐渐增大；在50～60 min 时，断裂强力快速下降，原因是染色时间延长，色素分子与毛发接触的概率变大，进入毛发内部的色素分子增多，色素分子、媒染剂与毛发之间形成了网状结构，在50 min 之后，网状结构和蛋白质分子中的化学键被破坏，导致力学性能下降［9］，而毛发的K/S值增加不明显。因此，50 min 为最佳染色时间。

图4 染色时间对K/S 值及断裂强力的影响

2.1.5 色素用量

在常见的蛋白质纤维染色中，浴比是重要的影响因素之一。由表7可知，相比原样的颜色特征值，当色素用量为9.0%时，毛发的色差值最大。由图5可知，随着色素用量的增加，K/S值及头发纤维的断裂强力也随之增加，可能是因为色素用量较大时，有更多的色素与金属离子络合在毛发纤维表面，从而增加了上染率。同时，高粱红色素本身对头发纤维没有损伤，适合作为天然植物染发剂的色素。

表7 高粱红色素用量对颜色特征值以及色差的影响

图5 色素用量对K/S 值及断裂强力的影响

2.1.6 媒染剂用量

由表8可以看出，随着媒染剂用量的增加，头发纤维的色差值逐渐增大，在9.0%时，色差值最大为7.19，a值为 16.21。由图6可知，随着媒染剂用量的增加，K/S值反而下降，这可能是媒染剂与色素络合后改变了色素的颜色；毛发的断裂强力呈现先增大后减小的趋势，在5.0%媒染剂用量下达到了149 cN。综合考虑，选择3.0%作为最佳媒染剂用量。