染色工藝對植物染發劑染發效果的影響

宋慧君,陳子玉,喬國棟,李軍玉

(1.河南工程學院 化工與印染工程學院,河南 鄭州 450007; 2.河南省科研平臺服務中心,河南 鄭州 450008)

當今年輕人工作、生活壓力大,作息不規律等導致白發年輕化,加之全球人口已步入老齡化階段[1],白發人口數量日益增加。白發通過對人們外貌的影響,進而對人們的自信心、社交等產生不利影響,因此染發需求日益增加,染發市場也日益壯大。

目前,國際和國內市場上最為流行的染發產品是氧化型染發劑[2],通常稱為合成染發劑。氧化型染發劑一般由染料組分、堿劑、氧化劑及添加劑組成。染發時,在堿劑和氧化劑的共同作用下,頭發中原有的黑色素褪色,頭發顏色變淺;同時,染發劑中的堿劑使頭發的毛鱗片打開,染發劑中的染料組分透過毛鱗片層進入頭發,在堿劑和氧化劑的共同作用下染料組分間發生反應,形成有色大分子,使頭發呈現出顏色,可通過調整染料組分的種類及含量得到不同的顏色[3]。氧化型染發劑的優點是染發時間短、色譜廣、色牢度高、價格低,缺點是常用的染料組分是有毒物質[4],存在致敏、致癌、致脫發、損傷肝臟及肺等安全隱患[5-7]。而且,染發過程中堿劑和氧化劑的共同作用會使頭發中原有黑色素褪色,導致白發越來越多。隨著生活水平的日益提高,人們在追求年輕、時尚的同時,更加關注身體健康,越來越多的人擔心氧化型染發劑對人體健康的危害,迫切需要一種安全健康的染發劑。

五倍子是一味收澀藥,具有消炎、抗菌、抗齲齒、抗癌、抗氧化、止血、止瀉、促進傷口愈合等作用[8]。五倍子單寧是五倍子的主要功能成分和含量最高的成分,五倍子提取物是化妝品安全技術規范準用的染發劑。高粱主要用于釀造工業,高粱皮為釀造工業的廢棄物,高粱皮提取物無毒無害,可以作為食用色素[9],主要成分為5,7,4′-三羥基黃酮和3,5,3′,4′-四羥基黃酮-7-葡萄糖苷。用高粱皮提取物作為染發劑可以變廢為寶,充分利用天然資源。本研究不使用氧化劑,選用五倍子提取物和高粱皮提取物作為著色劑組分制備染發劑,探討染色工藝對染發效果的影響,以期開發一種安全健康的植物染發劑。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

材料:白頭發(自備),羥乙基纖維素(上海麥克林生化科技有限公司),硫酸亞鐵(天津市恒興化學試劑制造有限公司),抗壞血酸(天津市登峰化學試劑廠),膨化劑D、膨化劑E(自制),五倍子提取物(粉狀,西安雅圖生物科技有限公司),高粱皮提取物(粉狀,中大恒源生物科技有限公司),姜根提取液、何首烏提取液(美懿生物科技有限公司),洗發乳、護發素(歐萊雅化妝品集團公司)。

儀器:HD021NS型電子單紗強力儀(南通宏大實驗儀器有限公司),HK-ZK4型恒溫水浴鍋(常熟市雙杰測試儀器廠),JA2003N型分析天平(上海精密儀器有限公司),Datacolor 800型測色配色儀(美國德塔股份有限公司)。

1.2 染色工藝

1.2.1染發劑配方

五倍子提取物3%(質量分數,下同),高粱皮提取物0.2%,羥乙基纖維素3%,膨化劑,姜根提取液1%,何首烏提取液1%。

1.2.2工藝流程

先將含有膨化劑D、硫酸亞鐵、羥乙基纖維素、抗壞血酸的預處理糊均勻地抹在白頭發上,密封后于恒溫水浴鍋中50 ℃處理30 min,取出頭發,用清水將頭發洗凈,再將染發劑均勻地抹在預處理后的白頭發上,密封后于恒溫水浴鍋中處理,之后水洗、洗發乳洗、護發素洗、晾干。

1.3 測試方法

1.3.1顏色特征值

用測色配色儀測試染色頭發的顏色特征值,每個試樣測4次,求平均值。

1.3.2色牢度

用洗發乳揉洗染色頭發后沖洗,再用護發素揉洗后沖洗,揉洗和沖洗時間均為1 min,毛巾擦水后用吹風機吹干,該過程為1次洗滌。頭發經多次洗滌,用測色配色儀測試洗滌后頭發與未洗滌頭發的色差值,用色牢度進行評級[10]。

1.3.3拉伸性能

用電子單紗強力儀測定染色前后頭發的斷裂強力,每組試樣測試20次,取平均值。

2 結果與討論

白頭發與黑頭發的結構存在明顯差異,白頭發鱗片層結構更加致密[11],染色更困難,且白頭發髓質層大,散射光多,顯色性低。染發、焗油、燙發都可能會破壞頭發的鱗片層,黑頭發經過化學漂白,表面的鱗片層也會被破壞,植物提取物的著色成分容易通過鱗片層進入頭發皮質層,從而易導致染色過深。為使實驗室染發效果更接近實際生活,選用生長過程中自然變白的頭發進行染色。

粗頭發與細頭發的結構及性能有明顯差異,粗頭發髓質層大,細頭發髓質層小,有些細頭發甚至無髓質層;粗頭發顯色性低,導致不同細度的頭發即使采用同樣的染色工藝,染出的顏色也會有明顯區別。為探討染色工藝對染發效果的影響,本研究選用的均為粗細相當的頭發。

2.1 膨化劑對染發效果的影響

染色溫度50 ℃,染色時間60 min,按照1.2節的染色工藝對白頭發進行染色,膨化劑對染發效果的影響見圖1。

圖1 膨化劑用量對染發效果的影響Fig.1 The influence of swelling agent on hair dyeing effect

由圖1可以看出,隨膨化劑用量的增大,頭發顏色變深,但膨化劑D用量增至3%后,繼續增大膨化劑用量,頭發的顏色變化不明顯,膨化劑用量相同時,含有膨化劑D的染發劑染得的顏色較含有膨化劑E的染發劑染得的顏色深,因此膨化劑D用量以3%為宜。

2.2 染色溫度對染發效果的影響

膨化劑D用量3%,染色時間60 min,按1.2節的染色工藝對白發進行染色。本研究的染發劑期望用于真發染色,考慮到染色過程中人體的舒適度,染色溫度不宜過低,也不宜過高,因此實驗過程設置的溫度下限為37 ℃,上限為50 ℃。染色溫度對染發效果的影響見圖2。

圖2 染色溫度對染發效果的影響Fig.2 The effect of dyeing temperature on hair dyeing effect

由圖2可以看出,隨著溫度的升高,頭發的顏色逐漸加深,染色溫度為50 ℃時,頭發顏色最深。這是因為,溫度升高使植物提取物分子熱運動加劇,動能增大,更多的植物提取物分子能夠克服吸附活化能而吸附于頭發表面,同時溫度升高可促進頭發表面鱗片層膨化,降低鱗片層的致密性,有利于植物提取物進入頭發鱗片層深處和皮質層,提高得色量。

2.3 染色時間對染發效果的影響

膨化劑D用量3%,染發溫度50 ℃,按照1.2節的染色工藝對白頭發進行染色,染色時間對染發效果的影響見圖3。

圖3 染色時間對染發效果的影響Fig.3 The influence of dyeing time on hair dyeing effect

由圖3可以看出,隨著染色時間的延長,頭發的顏色逐漸加深,染色時間延長至60 min后,繼續延長染色時間,頭發顏色基本不變,因此最佳染色時間為60 min。

2.4 頭發的顏色特征值和色牢度

膨化劑D用量3%,染色溫度50 ℃,染色時間60 min,按照1.2節的染色工藝對白頭發進行染色,按照1.3.1節的方法測試不同洗滌次數染色頭發的顏色特征值,結果見圖4。按照1.3.2節的方法測試染色頭發的色牢度,結果見表1。

表1 染色頭發的色牢度Tab.1 Color fastness of dyed hair

圖4 頭發的顏色特征值與洗滌次數的關系Fig.4 The relationship between hair color characteristic value and washing times

由圖4可知,隨著洗滌次數的增加,頭發的顏色逐漸變淺,洗滌12次之后,頭發的顏色基本不再變化。這是因為在洗滌過程中,頭發上的部分著色劑會被逐漸洗掉,隨著洗滌次數的增加,頭發表面的著色劑幾乎都被洗掉,而進入頭發內部的著色劑則不易被洗掉。由表1可以看出,洗滌后染色頭發的色牢度較好。

2.5 斷裂強力

按照1.3.3節的方法測試預處理后未染色白發的平均強力為128.3 cN,最佳染色工藝下染色頭發的平均強力為127.5 cN,染色后頭發的強力幾乎不變,說明本染發工藝不損傷頭發。

3 結論

1)用五倍子提取物和高粱皮提取物作為著色劑制備植物染發劑,最佳染色工藝為染發劑中膨化劑D質量分數3%,染色溫度50 ℃、染色時間60 min。

2)用植物染發劑染色后,頭發的強力幾乎不變。

3)用植物染發劑染色后,頭發的洗滌色牢度較好。