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让心情变彩色的小妙招,也许就是染个发

2019-07-17
 
 颜相宁 中科院半导体所 6月25日

 

毕业季来了,相宁似乎时刻被“啥idea能发paper???”所支配着的恐惧笼罩。

 

最近,为了换个心情决定染了头发,但结果是,好学的相宁还请求发型师“买一赠一”,采访出了一套——染发原理。

 

——啥?你说:“谁都想得出,染发不就是一个化学反应的过程嘛

 

 

 

——可然后呢,再细说啊不知道了吧~~

 


对头发的结构的深层剖析

 

 

想知道染发剂怎么发生作用的,首先要知道人类毛发的结构。先给大家展示几张相宁头发的扫描电镜(SEM)图片。

 

 

 

(普通人的头发只有70微米-100微米,而本人的>120微米了~)放大10000倍后可以清晰的看到,你的头发可能没你想象的那么“顺滑”,它更像??一样,表面布满了鳞片一样的东西。

 

下图为毛发的横切面,从这张示意图中可以看出:毛发主要由三层结构组成——角质层(cuticle),皮层(cortex)和发髓(medulla)。

 

 

1??最外一层是角质层,也称为外皮层(cuticle),位于毛发的最外层,也就是我们通常所说的毛鳞片,呈现为一种扁平的鳞状结构。它是由死去的角质细胞也就角蛋白组成,未经染烫等损伤的角质细胞像屋顶上的瓦片一样彼此重叠,鳞次栉比,比较整齐;而且它们虽然不允许其他东西“侵害”头发,但是却为黑色素打开了爱心通道。

 

毛鳞片的数量不是很多,其主要作用是保护头发。当鳞片平放时,头发看起来会光滑且健康;反之,当它们翘起来时,头发会显得比较粗糙。

 

2??中间一层是皮质层,也称内质层(cortex),介于外皮层与髓质层中间,由多层纺垂状细胞组成,占毛发的体积比例较大,也是头发最主要的部分。

 

皮质层的作用主要是决定头发是直的还是卷曲的;而且,皮质层内部还含有能让头发显色的天然(和非天然)色素。皮质中的天然色素被称为“黑色素”,与使皮肤呈现出颜色的色素相同。

 

3??最里边一层是发髓,即髓质层(medulla)了,一般来说,皮层决定不了头发卷曲的程度,这个重要的决策还是要交给发髓来拍定。

 

发髓位于头发的核心部位,由松散排列的细胞组成,内部充满空气。它在像眉毛这样的粗毛发中最为突出,而在细头发或其他细的毛发中就不常存在了。

 


 

都是地球人,为什么头发颜色本来就不同?

 

 

头发是一种由角蛋白和黑色素两种蛋白质组成的细丝,这些蛋白质与皮肤和指甲中发现的蛋白质种类相同(所以别拿头发不当自己的一部分,薅之可叹,掉之可惜啊)。但是呢,自然头发的颜色要取决于两种蛋白质——真黑素和棕黑素。

 

改变这两种色素的比例和数量,就可以决定你的头发是黑,是黄,还是白了。一般情况下,真黑素(Eumelanin)色素比例较高会使头发的颜色偏向于棕色,而棕黑素(Phaeomelanin)色素比例较高的头发呈现出金色,姜色或红色。只不过无论缺乏哪一种黑色素都会产生让你的头发变得发白/灰色。

 

 


 

这种神奇药水是如何诞生的?

 

染发剂的诞生源于人们对于美的追求。可你知道吗?早在满清政府的统治者还留着大长辫子时,西方世界已经开始了染发的潮流。算下来,染发技艺已经有了一百余年的传统,可以称得上是一种非物质文化遗产了。

 

最初的染发剂都是由各种草药和天然染料制成。直到1909年,法国化学家尤金·舒勒(Eugene Schuller)首先发明出安全的商业染发剂,他的发明是基于一种新的化学物质——对苯二胺(PPD)。

对苯二胺对毛发中的角蛋白有极强的亲和力,它会氧化角蛋白,并令染发剂中的色素分子固着。

 

基于这个发明,法国无害染发剂公司(The French Harmless Hair Dye Company)也应运而生。一年后,这个名字变成了今天比较熟悉的——欧莱雅L'Oreal。

 

无疑,现代社会常用的染发剂几乎都是商业化学染发剂了。染发剂按染色原理可分为氧化型染发剂和非氧化型染发剂

 

目前市场上的染发剂多为氧化型染发剂。氧化型染发剂由两种试剂组成, 一种是显色剂, 主要成分是过氧化氢等氧化性物质,用于打开毛鳞片;另一种是染料中间体, 主要成分为芳香胺类和苯酚类化合物,前面提到的对苯二胺就是其中一种,它们的作用是分解头发中原本的色素,并将染发剂的色素固着于头发内部。

 

只是,这些有机物虽然是染发剂中非常有效的成分,却也是一类威胁着人体健康的致敏和致畸物。

 


 

染发剂是如何发挥作用的?

 

根据染发剂持续的时间,一般化学染发剂分为临时型(Temporary),半永久(Semi-Permanent ,Demi-Permanent)和永久型(Permanent)染发剂

 

一般而言,染发的持久性与染发剂中氧化性物质浓度正相关。染发维持的时间越长,代表其中氧化性物质越多;反之,染料的持久性越低,你的头皮就越安全。

 

注:阿摩尼亚(英文:Ammonia),是氨的音译。

一,永久型(Permanent)染发剂

 

简单来说,任何持续时间能超过12次洗发水洗涤的染发剂就可以看作是永久型染色剂。这种染发剂中一般都含有两种重要的化学物质:过氧化氢和氨。其实,通过它们刺鼻的味道也能很好的辨别出来。

 

看下图你就能知道:在染发时,你的头发是如何突然的?

 

过氧化氢:常在实验室出没的同学都知道“双氧水”是一种氧化剂。在染发的过程中它也是秉承了自己的本性,本色出演,发挥氧化的作用。它可以氧化前体染色分子,制成完整的染料,也可以氧化头发内的自然色素。过氧化氢可以破坏头发中的化学键,并释放出硫,这就是染发时闻到的另一种刺鼻气味。

 

 

氨:或者乙醇胺(MEA)等,它充当将前体染料输送到皮质的载体,用于打开头发表皮角质层鳞片,并使着色剂和氧化剂很容易地进入头发内部进行着色。值得注意的是,在打开毛鳞片的过程中,一些毛鳞片会受损、脱落,因此染发容易让头发变得干枯、毛燥、缺乏水分。

 

是否含氨或其替代物质,就是永久型性染发剂与半永久或临时型染发剂最主要的区别了。

 

二,半永久型(Demi-Permanent/Semi-Permanent)染发剂

半永久(Demi-Permanent/Semi-Permanent) 染发产品可以分为两种:一种是根本不含过氧化氢的染发剂,另一种是含量低至约1%-2%左右的染发剂。因此,这种产品只会让头发的皮层的毛鳞片轻微打开,对头发的伤害相对来说也比较小。

 

只是,经过半永久染发产品染过的头发中的天然黑色素与染发剂色素共存,可能会导致每根毛干的发色强度也不一样,也就是我们常见的染发颜色不均匀。

 

三,临时型(Temporary)染发剂

 

临时型(Temporary)染发剂使用与半永久性相同的技术,这意味着染料分子只是是覆盖在头发外侧,不会进入头发内部。

 

因为这种染发剂不含过氧化氢,氨或乙醇胺,对头发没有损害。只不过,也许你的头发洗1-2次就会恢复原貌了。有失有得,这种临时型的染发剂或许更适合需要百遍发色的你~~

 


顾名思义,一般人用不到的天然染发剂当然是取材自天然的植物啦。常见的用作染发剂的植物有指甲花、靛蓝、决明子和咖啡等,把这些植物中能染色的部分磨制成粉末,再与水混合就成了染发剂。

 

因为植物染发剂中,不含对人体有害的苯二胺、对苯二胺等化学物质,也不与头发之间发生化学反应,所以比较化学染发剂来说,这种染发剂要健康、安全的多,当然成本也低不了的。

 

只不过因为天然染发剂使用的过程中不存在氨打开毛鳞片的过程,也不存在过氧化氢漂白头发的过程,遮盖大面积白发时的效果还不是很好。当然,如果你有少量的白发,钱包也允许,那值得尝试。

 

无论如何,染个发,心情也是美美哒~~

 

可是后来,我似乎有点怀疑了······

 

 

最后,

真诚感谢“Tony老师”,

对于生物化学知识普及等工作

做出的突出贡献!!

参考文献:

[1]擦眼镜. 染发剂的工作原理:染发背后的有趣科学[EB/OL]. https://www.jianshu.com/p/923fb356a691. 2019-02-07.

[2]染发原理[EB/OL]. https://wenku.baidu.com/view/bbbd7c87e53a580216fcfea2.html. 2018-06-30.

[3]种卿.你染发? 中消协提示选购染发产品七大注意事项[J].广西质量监督导报,2017(11):51-52.    

[4]吴燕.染发剂的分类及其分析方法[J].职业与健康,2017,33(16):2287-2290.    

[5]赵俊.如何选购染发产品[J].中国防伪报道,2017(06):122-123.    

[6]高家敏,李红霞,段静,曹进.国产染发剂中对苯二胺等32种染料检测结果分析[J].中国药师,2019,22(05):979-982.

 


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