宋慧君,陳子玉,喬國棟,李軍玉

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

當(dāng)今年輕人工作、生活壓力大,作息不規(guī)律等導(dǎo)致白發(fā)年輕化,加之全球人口已步入老齡化階段[1],白發(fā)人口數(shù)量日益增加。白發(fā)通過對人們外貌的影響,進而對人們的自信心、社交等產(chǎn)生不利影響,因此染發(fā)需求日益增加,染發(fā)市場也日益壯大。

目前,國際和國內(nèi)市場上最為流行的染發(fā)產(chǎn)品是氧化型染發(fā)劑[2],通常稱為合成染發(fā)劑。氧化型染發(fā)劑一般由染料組分、堿劑、氧化劑及添加劑組成。染發(fā)時,在堿劑和氧化劑的共同作用下,頭發(fā)中原有的黑色素褪色,頭發(fā)顏色變淺;同時,染發(fā)劑中的堿劑使頭發(fā)的毛鱗片打開,染發(fā)劑中的染料組分透過毛鱗片層進入頭發(fā),在堿劑和氧化劑的共同作用下染料組分間發(fā)生反應(yīng),形成有色大分子,使頭發(fā)呈現(xiàn)出顏色,可通過調(diào)整染料組分的種類及含量得到不同的顏色[3]。氧化型染發(fā)劑的優(yōu)點是染發(fā)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(zhì)[4],存在致敏、致癌、致脫發(fā)、損傷肝臟及肺等安全隱患[5-7]。而且,染發(fā)過程中堿劑和氧化劑的共同作用會使頭發(fā)中原有黑色素褪色,導(dǎo)致白發(fā)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(guān)注身體健康,越來越多的人擔(dān)心氧化型染發(fā)劑對人體健康的危害,迫切需要一種安全健康的染發(fā)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(shù)規(guī)范準(zhǔn)用的染發(fā)劑。高粱主要用于釀造工業(yè),高粱皮為釀造工業(yè)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(fā)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(fā)劑,探討染色工藝對染發(fā)效果的影響,以期開發(fā)一種安全健康的植物染發(fā)劑。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

材料:白頭發(fā)(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(xué)試劑制造有限公司),抗壞血酸(天津市登峰化學(xué)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(fā)乳、護發(fā)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(fā)劑配方

五倍子提取物3%(質(zhì)量分數(shù),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(yù)處理糊均勻地抹在白頭發(fā)上,密封后于恒溫水浴鍋中50 ℃處理30 min,取出頭發(fā),用清水將頭發(fā)洗凈,再將染發(fā)劑均勻地抹在預(yù)處理后的白頭發(fā)上,密封后于恒溫水浴鍋中處理,之后水洗、洗發(fā)乳洗、護發(fā)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(fā)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(fā)乳揉洗染色頭發(fā)后沖洗,再用護發(fā)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(fēng)機吹干,該過程為1次洗滌。頭發(fā)經(jīng)多次洗滌,用測色配色儀測試洗滌后頭發(fā)與未洗滌頭發(fā)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(fā)的斷裂強力,每組試樣測試20次,取平均值。

2 結(jié)果與討論

白頭發(fā)與黑頭發(fā)的結(jié)構(gòu)存在明顯差異,白頭發(fā)鱗片層結(jié)構(gòu)更加致密[11],染色更困難,且白頭發(fā)髓質(zhì)層大,散射光多,顯色性低。染發(fā)、焗油、燙發(fā)都可能會破壞頭發(fā)的鱗片層,黑頭發(fā)經(jīng)過化學(xué)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(fā)皮質(zhì)層,從而易導(dǎo)致染色過深。為使實驗室染發(fā)效果更接近實際生活,選用生長過程中自然變白的頭發(fā)進行染色。

粗頭發(fā)與細頭發(fā)的結(jié)構(gòu)及性能有明顯差異,粗頭發(fā)髓質(zhì)層大,細頭發(fā)髓質(zhì)層小,有些細頭發(fā)甚至無髓質(zhì)層;粗頭發(fā)顯色性低,導(dǎo)致不同細度的頭發(fā)即使采用同樣的染色工藝,染出的顏色也會有明顯區(qū)別。為探討染色工藝對染發(fā)效果的影響,本研究選用的均為粗細相當(dāng)?shù)念^發(fā)。

2.1 膨化劑對染發(fā)效果的影響

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

圖1 膨化劑用量對染發(fā)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(fā)顏色變深,但膨化劑D用量增至3%后,繼續(xù)增大膨化劑用量,頭發(fā)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(fā)劑染得的顏色較含有膨化劑E的染發(fā)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(fā)效果的影響

膨化劑D用量3%,染色時間60 min,按1.2節(jié)的染色工藝對白發(fā)進行染色。本研究的染發(fā)劑期望用于真發(fā)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(shè)置的溫度下限為37 ℃,上限為50 ℃。染色溫度對染發(fā)效果的影響見圖2。

圖2 染色溫度對染發(fā)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(fā)的顏色逐漸加深,染色溫度為50 ℃時,頭發(fā)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(fā)表面,同時溫度升高可促進頭發(fā)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(fā)鱗片層深處和皮質(zhì)層,提高得色量。

2.3 染色時間對染發(fā)效果的影響

膨化劑D用量3%,染發(fā)溫度50 ℃,按照1.2節(jié)的染色工藝對白頭發(fā)進行染色,染色時間對染發(fā)效果的影響見圖3。

圖3 染色時間對染發(fā)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(fā)的顏色逐漸加深,染色時間延長至60 min后,繼續(xù)延長染色時間,頭發(fā)顏色基本不變,因此最佳染色時間為60 min。

2.4 頭發(fā)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(jié)的染色工藝對白頭發(fā)進行染色,按照1.3.1節(jié)的方法測試不同洗滌次數(shù)染色頭發(fā)的顏色特征值,結(jié)果見圖4。按照1.3.2節(jié)的方法測試染色頭發(fā)的色牢度,結(jié)果見表1。

表1 染色頭發(fā)的色牢度Tab.1 Color fastness of dyed hair

圖4 頭發(fā)的顏色特征值與洗滌次數(shù)的關(guān)系Fig.4 The relationship between hair color characteristic value and washing times

由圖4可知,隨著洗滌次數(shù)的增加,頭發(fā)的顏色逐漸變淺,洗滌12次之后,頭發(fā)的顏色基本不再變化。這是因為在洗滌過程中,頭發(fā)上的部分著色劑會被逐漸洗掉,隨著洗滌次數(shù)的增加,頭發(fā)表面的著色劑幾乎都被洗掉,而進入頭發(fā)內(nèi)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(fā)的色牢度較好。

2.5 斷裂強力

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

3 結(jié)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(fā)劑,最佳染色工藝為染發(fā)劑中膨化劑D質(zhì)量分數(shù)3%,染色溫度50 ℃、染色時間60 min。

2)用植物染發(fā)劑染色后,頭發(fā)的強力幾乎不變。

3)用植物染發(fā)劑染色后,頭發(fā)的洗滌色牢度較好。