染色工艺对植物染发剂染发效果的影响

宋慧君,陈子玉,乔国栋,李军玉

(1.河南工程学院 化工与印染工程学院,河南 郑州 450007; 2.河南省科研平台服务中心,河南 郑州 450008)

当今年轻人工作、生活压力大,作息不规律等导致白发年轻化,加之全球人口已步入老龄化阶段[1],白发人口数量日益增加。白发通过对人们外貌的影响,进而对人们的自信心、社交等产生不利影响,因此染发需求日益增加,染发市场也日益壮大。

目前,国际和国内市场上最为流行的染发产品是氧化型染发剂[2],通常称为合成染发剂。氧化型染发剂一般由染料组分、碱剂、氧化剂及添加剂组成。染发时,在碱剂和氧化剂的共同作用下,头发中原有的黑色素褪色,头发颜色变浅;同时,染发剂中的碱剂使头发的毛鳞片打开,染发剂中的染料组分透过毛鳞片层进入头发,在碱剂和氧化剂的共同作用下染料组分间发生反应,形成有色大分子,使头发呈现出颜色,可通过调整染料组分的种类及含量得到不同的颜色[3]。氧化型染发剂的优点是染发时间短、色谱广、色牢度高、价格低,缺点是常用的染料组分是有毒物质[4],存在致敏、致癌、致脱发、损伤肝脏及肺等安全隐患[5-7]。而且,染发过程中碱剂和氧化剂的共同作用会使头发中原有黑色素褪色,导致白发越来越多。随着生活水平的日益提高,人们在追求年轻、时尚的同时,更加关注身体健康,越来越多的人担心氧化型染发剂对人体健康的危害,迫切需要一种安全健康的染发剂。

五倍子是一味收涩药,具有消炎、抗菌、抗龋齿、抗癌、抗氧化、止血、止泻、促进伤口愈合等作用[8]。五倍子单宁是五倍子的主要功能成分和含量最高的成分,五倍子提取物是化妆品安全技术规范准用的染发剂。高粱主要用于酿造工业,高粱皮为酿造工业的废弃物,高粱皮提取物无毒无害,可以作为食用色素[9],主要成分为5,7,4′-三羟基黄酮和3,5,3′,4′-四羟基黄酮-7-葡萄糖苷。用高粱皮提取物作为染发剂可以变废为宝,充分利用天然资源。本研究不使用氧化剂,选用五倍子提取物和高粱皮提取物作为着色剂组分制备染发剂,探讨染色工艺对染发效果的影响,以期开发一种安全健康的植物染发剂。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

材料:白头发(自备),羟乙基纤维素(上海麦克林生化科技有限公司),硫酸亚铁(天津市恒兴化学试剂制造有限公司),抗坏血酸(天津市登峰化学试剂厂),膨化剂D、膨化剂E(自制),五倍子提取物(粉状,西安雅图生物科技有限公司),高粱皮提取物(粉状,中大恒源生物科技有限公司),姜根提取液、何首乌提取液(美懿生物科技有限公司),洗发乳、护发素(欧莱雅化妆品集团公司)。

仪器:HD021NS型电子单纱强力仪(南通宏大实验仪器有限公司),HK-ZK4型恒温水浴锅(常熟市双杰测试仪器厂),JA2003N型分析天平(上海精密仪器有限公司),Datacolor 800型测色配色仪(美国德塔股份有限公司)。

1.2 染色工艺

1.2.1染发剂配方

五倍子提取物3%(质量分数,下同),高粱皮提取物0.2%,羟乙基纤维素3%,膨化剂,姜根提取液1%,何首乌提取液1%。

1.2.2工艺流程

先将含有膨化剂D、硫酸亚铁、羟乙基纤维素、抗坏血酸的预处理糊均匀地抹在白头发上,密封后于恒温水浴锅中50 ℃处理30 min,取出头发,用清水将头发洗净,再将染发剂均匀地抹在预处理后的白头发上,密封后于恒温水浴锅中处理,之后水洗、洗发乳洗、护发素洗、晾干。

1.3 测试方法

1.3.1颜色特征值

用测色配色仪测试染色头发的颜色特征值,每个试样测4次,求平均值。

1.3.2色牢度

用洗发乳揉洗染色头发后冲洗,再用护发素揉洗后冲洗,揉洗和冲洗时间均为1 min,毛巾擦水后用吹风机吹干,该过程为1次洗涤。头发经多次洗涤,用测色配色仪测试洗涤后头发与未洗涤头发的色差值,用色牢度进行评级[10]。

1.3.3拉伸性能

用电子单纱强力仪测定染色前后头发的断裂强力,每组试样测试20次,取平均值。

2 结果与讨论

白头发与黑头发的结构存在明显差异,白头发鳞片层结构更加致密[11],染色更困难,且白头发髓质层大,散射光多,显色性低。染发、焗油、烫发都可能会破坏头发的鳞片层,黑头发经过化学漂白,表面的鳞片层也会被破坏,植物提取物的着色成分容易通过鳞片层进入头发皮质层,从而易导致染色过深。为使实验室染发效果更接近实际生活,选用生长过程中自然变白的头发进行染色。

粗头发与细头发的结构及性能有明显差异,粗头发髓质层大,细头发髓质层小,有些细头发甚至无髓质层;粗头发显色性低,导致不同细度的头发即使采用同样的染色工艺,染出的颜色也会有明显区别。为探讨染色工艺对染发效果的影响,本研究选用的均为粗细相当的头发。

2.1 膨化剂对染发效果的影响

染色温度50 ℃,染色时间60 min,按照1.2节的染色工艺对白头发进行染色,膨化剂对染发效果的影响见图1。

图1 膨化剂用量对染发效果的影响Fig.1 The influence of swelling agent on hair dyeing effect

由图1可以看出,随膨化剂用量的增大,头发颜色变深,但膨化剂D用量增至3%后,继续增大膨化剂用量,头发的颜色变化不明显,膨化剂用量相同时,含有膨化剂D的染发剂染得的颜色较含有膨化剂E的染发剂染得的颜色深,因此膨化剂D用量以3%为宜。

2.2 染色温度对染发效果的影响

膨化剂D用量3%,染色时间60 min,按1.2节的染色工艺对白发进行染色。本研究的染发剂期望用于真发染色,考虑到染色过程中人体的舒适度,染色温度不宜过低,也不宜过高,因此实验过程设置的温度下限为37 ℃,上限为50 ℃。染色温度对染发效果的影响见图2。

图2 染色温度对染发效果的影响Fig.2 The effect of dyeing temperature on hair dyeing effect

由图2可以看出,随着温度的升高,头发的颜色逐渐加深,染色温度为50 ℃时,头发颜色最深。这是因为,温度升高使植物提取物分子热运动加剧,动能增大,更多的植物提取物分子能够克服吸附活化能而吸附于头发表面,同时温度升高可促进头发表面鳞片层膨化,降低鳞片层的致密性,有利于植物提取物进入头发鳞片层深处和皮质层,提高得色量。

2.3 染色时间对染发效果的影响

膨化剂D用量3%,染发温度50 ℃,按照1.2节的染色工艺对白头发进行染色,染色时间对染发效果的影响见图3。

图3 染色时间对染发效果的影响Fig.3 The influence of dyeing time on hair dyeing effect

由图3可以看出,随着染色时间的延长,头发的颜色逐渐加深,染色时间延长至60 min后,继续延长染色时间,头发颜色基本不变,因此最佳染色时间为60 min。

2.4 头发的颜色特征值和色牢度

膨化剂D用量3%,染色温度50 ℃,染色时间60 min,按照1.2节的染色工艺对白头发进行染色,按照1.3.1节的方法测试不同洗涤次数染色头发的颜色特征值,结果见图4。按照1.3.2节的方法测试染色头发的色牢度,结果见表1。

表1 染色头发的色牢度Tab.1 Color fastness of dyed hair

图4 头发的颜色特征值与洗涤次数的关系Fig.4 The relationship between hair color characteristic value and washing times

由图4可知,随着洗涤次数的增加,头发的颜色逐渐变浅,洗涤12次之后,头发的颜色基本不再变化。这是因为在洗涤过程中,头发上的部分着色剂会被逐渐洗掉,随着洗涤次数的增加,头发表面的着色剂几乎都被洗掉,而进入头发内部的着色剂则不易被洗掉。由表1可以看出,洗涤后染色头发的色牢度较好。

2.5 断裂强力

按照1.3.3节的方法测试预处理后未染色白发的平均强力为128.3 cN,最佳染色工艺下染色头发的平均强力为127.5 cN,染色后头发的强力几乎不变,说明本染发工艺不损伤头发。

3 结论

1)用五倍子提取物和高粱皮提取物作为着色剂制备植物染发剂,最佳染色工艺为染发剂中膨化剂D质量分数3%,染色温度50 ℃、染色时间60 min。

2)用植物染发剂染色后,头发的强力几乎不变。

3)用植物染发剂染色后,头发的洗涤色牢度较好。