wiadomości o firmie Popularyzacja Nauki | | Naukowe Zrozumienie Struktury Włosa i Zasad Koloryzacji

Popularyzacja nauki | | Naukowe zrozumienie struktury włosa i zasad koloryzacji

Dążenie ludzi do piękna napędzało ciągłą ewolucję technologii koloryzacji włosów, obejmującą tysiące lat, od złotobrązowych loków starożytnych egipskich faraonów po współczesne, różnorodne wybory kolorów włosów. Od czasu wprowadzenia w 1856 roku pierwszego syntetycznego barwnika, fioletu anilinowego, oksydacyjne farby do włosów przeszły ponad sto lat rozwoju i uformowały kompletną sieć przemysłową obejmującą dostawców surowców, producentów, marki i konsumentów. Wraz z szybkim rozwojem krajowego rynku kosmetycznego, przemysł farb do włosów stopniowo dojrzewa, a system regulacyjny staje się coraz bardziej doskonały. Wysokiej jakości surowce, dojrzała technologia i uznanie konsumentów stały się podstawą konkurencyjności produktów.

(一)

Struktura biologiczna i chemiczna istota włosa: naturalna podstawa koloryzacji

Zmiana koloru włosów jest zasadniczo wynikiem interakcji między substancjami barwiącymi, strukturą włosa i składem chemicznym. Przekrój włosa (trzon włosa, czyli część, która oddzieliła się od mieszka włosowego) dzieli się na trzy warstwy od zewnątrz do wewnątrz: naskórek włosa, kora włosa i rdzeń włosa i składa się głównie z alfa-keratyny. Ta struktura i charakterystyka składu bezpośrednio determinują wykonalność i skuteczność koloryzacji włosów.

01

Trójwarstwowa struktura włosa: od bariery do obszaru funkcjonalnego

(1)Naskórek włosa: „pierwsze drzwi” substancji barwiących do włosów

Naskórek to najbardziej zewnętrzna warstwa trzonu włosa, złożona z 6-10 warstw płaskich, przezroczystych keratynocytów ułożonych w wzór zachodzących na siebie „łusek rybich” (podobnych do dachówek). Jego główną funkcją jest ochrona kory włosa przed bodźcami zewnętrznymi i kontrola wchodzenia i wychodzenia substancji.

W przypadku koloryzacji włosów naskórek jest głównym interfejsem substancji barwiących do włosów: środki powierzchniowo czynne lub składniki alkaliczne (takie jak amoniak) w produktach do koloryzacji włosów najpierw zwilżają naskórek, powodując rozszerzenie szczelin komórkowych „łusek rybich”, otwierając kanały dla późniejszych cząsteczek barwnika, aby dostały się do kory. Jeśli naskórek włosa jest uszkodzony (np. częste trwała ondulacja i farbowanie powodują odpadanie łusek), może to spowodować zbyt szybkie wnikanie barwnika, co może prowadzić do suchych włosów i nierównego koloru; Wręcz przeciwnie, zdrowy naskórek włosa wymaga optymalizacji łagodności „bariery otwierającej” w projekcie formuły, aby uniknąć nadmiernego uszkodzenia struktury włosa.

(2)Kora: „obszar rdzeniowy” zmiany koloru

Kora włosa stanowi 80% -90% objętości trzonu włosa i składa się z równolegle ułożonych wiązek włókien keratynowych. Wiązki włókien są wypełnione bezpostaciowym białkiem keratynowym i naturalnymi cząsteczkami pigmentu. Ta warstwa jest obszarem rdzeniowym, w którym substancje barwiące do włosów wywierają swoje działanie.

Środek utleniający (taki jak nadtlenek wodoru) w trwałej farbie do włosów najpierw reaguje z melaniną w korze włosa, niszcząc pierwotną strukturę pigmentu (tj. „odbarwianie”);

Następnie syntetyczne cząsteczki barwnika (takie jak fenylenodiamina) wnikają do kory włosa i kowalencyjnie wiążą się z grupami aminowymi i tiolowymi w keratynie, tworząc stabilne nowe pigmenty i osiągając „trwałe koloryzowanie”. Skuteczność tego procesu zależy od wielkości cząsteczek barwnika i ich reaktywności z keratyną.

(3)Rdzeń: „Strefa pomocniczej penetracji” koloru

Rdzeń włosa znajduje się w środku trzonu włosa i składa się z luźno ułożonych keratynocytów. Istnieje tylko w grubych włosach o średnicy większej niż 60 μ m (cienkie włosy mogą nie mieć rdzenia). Jego struktura jest luźna, a szczeliny są duże, co pozwala farbie do włosów na dalszą dyfuzję do tego obszaru, zwiększając jednolitość i trwałość koloru. Jednak ze względu na niski udział, nie jest to kluczowy obszar do farbowania włosów, więc nie ma potrzeby nadmiernego skupiania się na projekcie produktu. Należy wziąć pod uwagę jedynie kompatybilność formuły dla grubych i cienkich włosów

02

Alfa-keratyna:

„Chemiczny szkielet” włosa i „cel” reakcji barwienia

Głównym składnikiem włosa jest alfa-keratyna, a jej struktura molekularna i właściwości chemiczne bezpośrednio determinują mechanizm działania substancji barwiących do włosów.

Charakterystyka strukturalna: Alfa-keratyna tworzy łańcuch polipeptydowy w strukturze „prawego heliksu”, a wiele łańcuchów polipeptydowych jest połączonych wiązaniami dwusiarczkowymi (dostarczanymi przez cysteinę, która stanowi wysoki odsetek cysteiny w łańcuchu peptydowym), wiązaniami wodorowymi itp. tworząc stabilne wiązki włókien. Ta struktura zapewnia włosom dobrą wytrzymałość mechaniczną i odporność na rozpuszczalniki oraz słabe kwasy i zasady.

Charakterystyka reakcji: Alfa-keratyna jest wrażliwa na utleniacze, reduktory i silne zasady. Wiązania dwusiarczkowe mogą być utleniane i zrywane pod wpływem utleniaczy i mogą być redukowane i zrywane pod wpływem reduktorów; Tymczasem grupy aminowe (- NH ₂) i karboksylowe (- COOH) w łańcuchu peptydowym mogą kowalencyjnie wiązać się lub elektrostatycznie adsorbować z cząsteczkami barwnika.

To właśnie ta cecha sprawia, że koloryzacja włosów jest możliwa. Podczas gdy utleniacze niszczą melaninę, mogą również umiarkowanie otwierać wiązanie dwusiarczkowe keratyny, rozszerzać szczelinę molekularną i ułatwiać wnikanie barwnika; A cząsteczki barwnika osiągają „stabilne koloryzowanie” poprzez wiązanie z grupami keratynowymi, co jest również podstawą chemiczną dla trwałych farb do włosów, aby utrzymać kolor przez długi czas.

(二)

Naukowa zasada farbowania włosów:

Od działania materiału do dekompozycji procesu

W oparciu o strukturę i naturę chemiczną włosów, proces farbowania można podzielić na cztery podstawowe kroki: kontakt, penetracja, reakcja, koloryzacja. Każdy krok musi pasować do charakterystyki włosów i projektu formuły produktu, jak następuje.

01

Krok 1:

„Kontakt i zwilżanie” między substancjami barwiącymi do włosów a naskórkiem włosa

Po nałożeniu produktów do koloryzacji włosów, pierwszym krokiem jest zmniejszenie napięcia powierzchniowego włosów za pomocą środków powierzchniowo czynnych (takich jak siarczan sodu laurylu), tak aby substancje barwiące do włosów (barwniki, utleniacze, składniki alkaliczne itp.) były równomiernie zwilżone i zaadsorbowane na powierzchni naskórka włosa. Kluczem do tego kroku jest „jednolitość zwilżania”. Jeśli środek powierzchniowo czynny nie zostanie odpowiednio dobrany, może to prowadzić do niewystarczającego zwilżenia miejscowego i powodować późniejsze nierównomierne zabarwienie

02

Krok drugi:

„Otwarcie i penetracja barwnika” bariery skórnej włosa

Składniki alkaliczne w produktach do koloryzacji włosów, takie jak amoniak i etanoloamina, mogą zwiększyć wartość pH powierzchni włosów, powodując pęcznienie komórek „łusek rybich” w naskórku włosa i rozszerzanie przestrzeni międzykomórkowych; Jednocześnie utleniacze (takie jak nadtlenek wodoru) nieznacznie utleniają białko keratynowe w naskórku, dodatkowo zakłócając strukturę bariery. Dwa działają razem, aby otworzyć „kanał” dla cząsteczek barwnika.

Następnie cząsteczki barwnika (takie jak barwniki prekursorowe o małej masie cząsteczkowej) wnikają do kory włosa poprzez „dyfuzję różnicy stężeń”. Im mniejsza cząsteczka, tym wyższa rozpuszczalność i silniejsza wydajność dyfuzji; Jednak barwniki wielkocząsteczkowe (takie jak flawonoidy w naturalnych barwnikach roślinnych) są trudne do penetracji, co jest również głównym powodem słabej trwałości koloru naturalnych farb do włosów.

Krok 3:

Odbarwianie i reakcja w korze włosa

Po wejściu do kory włosa, utleniacze (takie jak nadtlenek wodoru) najpierw reagują z naturalną melaniną: struktura indolowa w melaninie jest utleniana i rozrywana, a pierwotny kolor znika (tj. „odbarwianie”), robiąc miejsce dla nowych kolorów. Jednocześnie utleniacz umiarkowanie zrywa wiązania dwusiarczkowe keratyny, rozszerzając szczeliny wiązek włókien w korze włosa i dodatkowo promując dyfuzję cząsteczek barwnika.

Następnie cząsteczki barwnika reagują z keratyną: jeśli jest to trwała farba do włosów, małe cząsteczki barwników prekursorowych (takich jak p-fenylenodiamina) ulegają polimeryzacji oksydacyjnej pod wpływem utleniaczy, tworząc wielkocząsteczkowe pigmenty, które kowalencyjnie wiążą się z grupami aminowymi keratyny (z silną siłą wiązania i nie są łatwo odłączane); Jeśli jest to półtrwała farba do włosów, cząsteczki barwnika (takie jak barwniki kwasowe) przylegają poprzez adsorpcję elektrostatyczną (wiążąc się z grupą karboksylową keratyny), z słabą siłą wiązania i łatwym odłączaniem z powodu mycia.

Krok 4:

Dyfuzja i stabilność koloru barwników w kierunku rdzenia

Niereagujące cząsteczki barwnika będą dalej dyfundować do rdzenia, osiągając jednolitość koloru poprzez fizyczne wypełnienie; Jednocześnie, wraz ze spłukiwaniem produktów do koloryzacji włosów i suszeniem włosów, komórki „łusek rybich” na naskórku włosa stopniowo zamykają się, a funkcja bariery zostaje przywrócona, blokując cząsteczki barwnika w korze i rdzeniu włosa.

Utrzymanie nowego koloru włosów jest ściśle związane z interakcją między rdzeniem włosa a naskórkiem. Komórki stopniowo się zamykają, funkcja bariery zostaje przywrócona, a cząsteczki barwnika są „zablokowane” w korze i rdzeniu włosa. W tym momencie proces koloryzacji włosów jest zakończony, a włosy prezentują nowy kolor, który nie jest łatwo zrzucić podczas codziennego czyszczenia (typ trwały) lub powoli się zrzuca (typ półtrwały).

Sednem technologii koloryzacji włosów jest naukowe dopasowanie „struktury i właściwości chemicznych włosów” do „mechanizmu działania substancji barwiących do włosów”. Dla praktyków, tylko poprzez głębokie zrozumienie funkcji bariery naskórka włosa, kluczowej roli kory włosa i charakterystyki reakcji alfa-keratyny, mogą znaleźć równowagę między „skutecznością, łagodnością i trwałością” i opracować wysokiej jakości produkty, które spełniają zapotrzebowanie rynku. Od XIX wieku do dzisiejszego XXI wieku, każdy przełom w badaniach nad barwnikami i technologii farbowania wynika z głębszego zrozumienia nauki o włosach, co jest również głównym kierunkiem przyszłych innowacji w branży.