회사 소식 과학 대중화. 머리카락 구조와 염색 원리에 대한 과학적 이해.

과학 대중화 | | 모발 구조와 염색 원리에 대한 과학적 이해

인간의 미적 추구는 수천 년 동안 고대 이집트 파라오의 금발 곱슬머리에서 현대의 다양한 헤어 컬러 선택에 이르기까지 모발 염색 기술의 지속적인 발전을 이끌었습니다. 1856년 최초의 합성 염료인 아닐린 바이올렛이 도입된 이후, 산화성 모발 염료는 100년 이상 개발을 거쳐 원료 공급업체, 생산자, 브랜드 및 소비자를 포괄하는 완전한 산업 체인을 형성했습니다. 국내 화장품 시장의 급속한 발전과 함께 모발 염색 산업은 점차 성숙해지고 있으며, 규제 시스템도 점점 완벽해지고 있습니다. 고품질 원료, 성숙한 기술, 소비자 인식이 제품 경쟁력의 핵심이 되었습니다.

(一)

모발의 생물학적 구조와 화학적 본질: 모발 염색의 자연적 기반

모발의 색상 변화는 본질적으로 모발 염료 물질, 모발 구조 및 화학적 조성 간의 상호 작용의 결과입니다. 모발 단면(모낭에서 분리된 부분인 모간)은 바깥쪽에서 안쪽으로 모표피, 모피질, 모수질의 세 층으로 나뉘며 주로 알파 케라틴으로 구성됩니다. 이러한 구조 및 조성 특성은 모발 염색의 실행 가능성과 효율성을 직접적으로 결정합니다.

01

모발의 3층 구조: 장벽에서 핵심 기능 영역까지

(1)모표피: 모발 염료 물질의 "첫 번째 문"

모표피는 모간의 가장 바깥쪽 층으로, "물고기 비늘" 겹침 패턴(지붕 타일과 유사)으로 배열된 6-10층의 편평하고 투명한 각질 세포로 구성됩니다. 핵심 기능은 외부 자극으로부터 모피질을 보호하고 물질의 출입을 제어하는 것입니다.

모발 염색의 경우, 모표피는 모발 염료 물질의 주요 인터페이스입니다. 모발 염색 제품의 계면활성제 또는 알칼리성 성분(예: 암모니아)은 먼저 모표피를 적셔 "물고기 비늘" 세포 간극을 확장하여 후속 염료 분자가 피질로 들어갈 수 있는 채널을 엽니다. 모표피가 손상된 경우(예: 잦은 파마 및 염색으로 인해 비늘이 떨어지는 경우) 염료가 너무 빨리 침투하여 모발 건조 및 고르지 않은 색상을 유발할 수 있습니다. 반대로 건강한 모표피는 모발 구조에 과도한 손상을 방지하기 위해 제형 설계에서 "개방 장벽"의 순함을 최적화해야 합니다.

(2)피질: 색상 변화의 '핵심 영역'

모피질은 모간 부피의 80%-90%를 차지하며 평행하게 배열된 케라틴 섬유 다발로 구성됩니다. 섬유 다발은 무정형 케라틴 단백질과 천연 색소 입자로 채워져 있습니다. 이 층은 모발 염료 물질이 효과를 발휘하는 핵심 영역입니다.

영구 모발 염색제의 산화제(예: 과산화수소)는 먼저 모피질의 멜라닌과 반응하여 원래의 색소 구조를 파괴합니다(즉, "탈색").

이후, 합성 염료 분자(예: 페닐렌디아민)가 모피질로 들어가 케라틴의 아미노 및 티올기와 공유 결합하여 안정적인 새로운 색소를 형성하고 "지속적인 착색"을 달성합니다. 이 과정의 효율성은 염료 분자의 크기와 케라틴과의 반응성에 따라 달라집니다.

(3)수질: 색상의 '보조 침투 구역'

모수질은 모간의 중앙에 위치하며 느슨하게 배열된 각질 세포로 구성됩니다. 직경이 60 μm보다 큰 굵은 모발에만 존재합니다(가는 모발에는 수질이 없을 수 있음). 구조가 느슨하고 간극이 커서 모발 염료가 이 영역으로 더 확산되어 색상의 균일성과 내구성을 향상시킵니다. 그러나 비율이 낮기 때문에 모발 염색의 핵심 영역이 아니므로 제품 설계에 과도하게 집중할 필요가 없습니다. 굵은 모발과 가는 모발에 대한 제형의 호환성만 고려해야 합니다.

02

알파 케라틴:

모발의 "화학적 골격"과 염색 반응의 "표적"

모발의 주요 구성 요소는 알파 케라틴이며, 그 분자 구조와 화학적 특성은 모발 염료 물질의 작용 메커니즘을 직접적으로 결정합니다.

구조적 특성: 알파 케라틴은 "오른쪽 나선" 구조로 폴리펩티드 사슬을 형성하고, 여러 폴리펩티드 사슬은 이황화 결합(시스테인에서 제공, 펩타이드 사슬에서 시스테인의 높은 비율을 차지), 수소 결합 등으로 연결되어 안정적인 섬유 다발을 형성합니다. 이러한 구조는 모발에 우수한 기계적 강도와 용매 및 약산 및 염기에 대한 저항성을 부여합니다.

반응 특성: 알파 케라틴은 산화제, 환원제 및 강염기에 민감합니다. 이황화 결합은 산화제의 작용 하에 산화되어 파괴될 수 있으며, 환원제의 작용 하에 환원되어 파괴될 수 있습니다. 한편, 펩타이드 사슬의 아미노(- NH ₂) 및 카르복실(- COOH)기는 염료 분자와 공유 결합하거나 정전기적으로 흡착될 수 있습니다.

바로 이러한 특성으로 인해 모발 염색이 가능합니다. 산화제는 멜라닌을 파괴하는 동시에 케라틴의 이황화 결합을 적당히 열어 분자 간극을 넓혀 염료의 침투를 용이하게 합니다. 그리고 염료 분자는 케라틴 그룹에 결합하여 "안정적인 착색"을 달성하며, 이는 영구 모발 염료가 오랫동안 색상을 유지하는 핵심 화학적 기반이기도 합니다.

(二)

모발 염색의 과학적 원리:

물질 작용에서 공정 분해까지

모발의 구조와 화학적 특성을 기반으로 염색 공정은 접촉 침투 반응 착색의 네 가지 핵심 단계로 나눌 수 있습니다. 각 단계는 모발 특성 및 제품 제형 설계와 일치해야 합니다.

01

1단계:

모발 염료 물질과 모표피 사이의 "접촉 및 습윤"

모발 염색 제품을 바른 후 첫 번째 단계는 계면활성제(예: 도데실황산나트륨)를 통해 모발의 표면 장력을 줄여 모발 염료 물질(염료, 산화제, 알칼리성 성분 등)이 모표피 표면에 균일하게 습윤되고 흡착되도록 하는 것입니다. 이 단계의 핵심은 "습윤 균일성"입니다. 계면활성제를 제대로 선택하지 않으면 국소 습윤이 불충분하여 후속 색상 불균일성을 유발할 수 있습니다.

02

2단계:

모발 피부 장벽의 "개방 및 염료 침투"

모발 염색 제품의 알칼리성 성분(예: 암모니아 및 에탄올아민)은 모발 표면의 pH 값을 높여 모표피의 "물고기 비늘" 세포를 팽창시키고 세포 간 공간을 확장시킬 수 있습니다. 동시에 산화제(예: 과산화수소)는 모표피의 케라틴 단백질을 약간 산화시켜 장벽 구조를 더욱 파괴합니다. 이 두 가지가 함께 염료 분자를 위한 "채널"을 엽니다.

이후, 염료 분자(예: 소분자 전구체 염료)는 "농도 차이 확산"을 통해 모피질로 들어갑니다. 분자가 작을수록 용해도가 높고 확산 효율이 높습니다. 그러나 고분자 염료(예: 천연 식물 염료의 플라보노이드)는 침투하기 어려우며, 이는 천연 모발 염료의 낮은 색상 지속성의 핵심적인 이유이기도 합니다.

3단계:

모피질 모발의 탈색 및 반응

모피질에 들어간 후 산화제(예: 과산화수소)는 먼저 천연 멜라닌과 반응합니다. 멜라닌의 인돌 구조가 산화되어 파괴되고 원래의 색상이 사라집니다(즉, "탈색"), 새로운 색상을 위한 공간을 만듭니다. 동시에 산화제는 케라틴의 이황화 결합을 적당히 파괴하여 모피질의 섬유 다발 간극을 넓혀 염료 분자의 확산을 더욱 촉진합니다.

이후, 염료 분자는 케라틴과 반응합니다. 영구 모발 염색제의 경우, 소분자 전구체 염료(예: p-페닐렌디아민)는 산화제의 작용 하에 산화 중합을 거쳐 케라틴의 아미노기와 공유 결합하는 고분자 색소를 형성합니다(강한 결합력을 가지며 쉽게 분리되지 않음). 반 영구 모발 염색제의 경우, 염료 분자(예: 산성 염료)는 정전기적 흡착을 통해 부착됩니다(케라틴의 카르복실기에 결합), 결합력이 약하고 세척으로 인해 쉽게 분리됩니다.

4단계:

수질을 향한 염료의 확산 및 착색 안정성

반응하지 않은 염료 분자는 수질로 더 확산되어 물리적 채움으로 색상 균일성을 달성합니다. 동시에 모발 염색 제품을 헹구고 모발을 건조시키면서 모표피의 "물고기 비늘" 세포가 점차 닫히고 장벽 기능이 회복되어 염료 분자를 모피질과 수질에 가둡니다.

새로운 모발 색상의 유지는 모수질과 모표피 간의 상호 작용과 밀접하게 관련되어 있습니다. 세포가 점차 닫히고 장벽 기능이 회복되며 염료 분자는 모피질과 수질에 "갇힙니다". 이 시점에서 모발 염색 공정이 완료되고 모발은 일상적인 세척(영구형) 또는 천천히 탈색(반 영구형) 동안 쉽게 떨어지지 않는 새로운 색상을 나타냅니다.

모발 염색 기술의 핵심은 "모발 구조 및 화학적 특성"과 "모발 염료 물질의 작용 메커니즘"의 과학적 일치입니다. 실무자들은 모표피의 장벽 기능, 모피질의 핵심 역할, 알파 케라틴의 반응 특성을 깊이 이해해야만 "효과, 순함 및 내구성" 사이의 균형을 찾고 시장 요구를 충족하는 고품질 제품을 개발할 수 있습니다. 19세기부터 오늘날의 21세기까지 염료 연구 및 염색 기술의 모든 혁신은 모발 과학에 대한 더 깊은 이해에서 비롯되었으며, 이는 또한 미래 산업 혁신의 핵심 방향입니다.