новости компании о Популяризация науки. Научное понимание структуры волос и принципов окраски.

Популяризация науки | | Научное понимание структуры волос и принципов окрашивания

Стремление людей к красоте привело к непрерывной эволюции технологии окрашивания волос, охватывающей тысячи лет, от золотисто-коричневых кудрей древнеегипетских фараонов до современных разнообразных вариантов цвета волос. С момента появления первого синтетического красителя, анилина фиолетового цвета, в 1856 году, окислительные красители для волос прошли более ста лет развития и теперь сформировали полную производственную цепочку, охватывающую поставщиков сырья, производителей, бренды и потребителей. С быстрым развитием отечественного рынка косметики индустрия окрашивания волос постепенно созревает, а система регулирования становится все более совершенной. Высококачественное сырье, зрелые технологии и признание потребителей стали основой конкурентоспособности продукции.

(一)

Биологическая структура и химическая сущность волос: естественная основа окрашивания

Изменение цвета волос по сути является результатом взаимодействия между красящими веществами, структурой волос и химическим составом. Поперечное сечение волоса (стержень волоса, который является частью, отделившейся от волосяного фолликула) делится на три слоя снаружи внутрь: кутикула волоса, кора волоса и мозговое вещество волоса, и в основном состоит из альфа-кератина. Эта структура и характеристики состава напрямую определяют осуществимость и эффективность окрашивания волос.

01

Трехслойная структура волоса: от барьера к основной функциональной области

(1)Кутикула волоса: «первая дверь» красящих веществ для волос

Кутикула - это самый наружный слой стержня волоса, состоящий из 6-10 слоев плоских, прозрачных кератиноцитов, расположенных в перекрывающемся узоре «рыбьей чешуи» (аналогично черепице). Его основная функция - защищать кору волоса от внешних раздражителей и контролировать вход и выход веществ.

Для окрашивания волос кутикула является основным интерфейсом красящих веществ для волос: поверхностно-активные вещества или щелочные ингредиенты (например, аммиак) в продуктах для окрашивания волос сначала смачивают кутикулу, вызывая расширение зазоров между клетками «рыбьей чешуи», открывая каналы для проникновения последующих молекул красителя в кору. Если кутикула волоса повреждена (например, частое выполнение химической завивки и окрашивания, вызывающее отслоение чешуек), это может привести к слишком быстрому проникновению красителя, что может привести к сухости волос и неравномерному цвету; Напротив, здоровая кутикула волос требует оптимизации мягкости «открывающего барьера» в конструкции формулы, чтобы избежать чрезмерного повреждения структуры волос.

(2)Корковый слой: «основная область» изменения цвета

Кора волоса составляет 80%-90% объема стержня волоса и состоит из параллельно расположенных кератиновых волокон. Волокна заполнены аморфным кератиновым белком и частицами натурального пигмента. Этот слой является основной областью, где красящие вещества для волос оказывают свое воздействие.

Окислитель (например, перекись водорода) в перманентной краске для волос сначала реагирует с меланином в коре волоса, разрушая исходную структуру пигмента (т. е. «обесцвечивание»);

Впоследствии молекулы синтетического красителя (например, фенилендиамин) проникают в кору волоса и ковалентно связываются с амино- и тиоловыми группами в кератине, образуя стабильные новые пигменты и достигая «стойкого окрашивания». Эффективность этого процесса зависит от размера молекул красителя и их реакционной способности с кератином.

(3)Мозговое вещество: «вспомогательная зона проникновения» цвета

Мозговое вещество волоса расположено в центре стержня волоса и состоит из рыхло расположенных кератиноцитов. Оно существует только в грубых волосах диаметром более 60 мкм (тонкие волосы могут не иметь мозгового вещества). Его структура рыхлая, а зазоры большие, что позволяет краске для волос дальше распространяться в эту область, повышая однородность и долговечность цвета. Однако из-за его небольшой доли это не ключевая область для окрашивания волос, поэтому нет необходимости чрезмерно сосредотачиваться на дизайне продукта. Необходимо учитывать только совместимость формулы для грубых и тонких волос.

02

Альфа-кератин:

«Химический скелет» волос и «мишень» реакции окрашивания

Основным компонентом волос является альфа-кератин, и его молекулярная структура и химические свойства напрямую определяют механизм действия красящих веществ для волос.

Структурные характеристики: Альфа-кератин образует полипептидную цепь в структуре «правой спирали», и несколько полипептидных цепей связаны дисульфидными связями (обеспечиваемыми цистеином, который составляет высокую долю цистеина в пептидной цепи), водородными связями и т. д. для образования стабильных волокон. Эта структура придает волосам хорошую механическую прочность и устойчивость к растворителям, слабым кислотам и основаниям.

Реакционные характеристики: Альфа-кератин чувствителен к окислителям, восстановителям и сильным основаниям. Дисульфидные связи могут окисляться и разрываться под действием окислителей, а также могут восстанавливаться и разрываться под действием восстановителей; Между тем, амино (- NH₂) и карбоксильные (- COOH) группы в пептидной цепи могут ковалентно связываться или электростатически адсорбироваться с молекулами красителя.

Именно эта характеристика делает окрашивание волос возможным. В то время как окислители разрушают меланин, они также могут умеренно открывать дисульфидную связь кератина, расширять молекулярный зазор и облегчать проникновение красителя; А молекулы красителя достигают «стабильного окрашивания», связываясь с кератиновыми группами, что также является основной химической основой для перманентных красителей для волос, сохраняющих цвет в течение длительного времени.

(二)

Научный принцип окрашивания волос:

От материального воздействия к разложению процесса

Основываясь на структуре и химической природе волос, процесс окрашивания можно разбить на четыре основных этапа: контакт, проникновение, реакция, окрашивание. Каждый этап должен соответствовать характеристикам волос и дизайну формулы продукта, как показано ниже.

01

Шаг 1:

«Контакт и смачивание» между красящими веществами для волос и кутикулой волос

После нанесения продуктов для окрашивания волос первым шагом является уменьшение поверхностного натяжения волос с помощью поверхностно-активных веществ (например, лаурилсульфата натрия), чтобы красящие вещества для волос (красители, окислители, щелочные компоненты и т. д.) равномерно смачивались и адсорбировались на поверхности кутикулы волос. Ключом к этому шагу является «равномерность смачивания». Если поверхностно-активное вещество выбрано неправильно, это может привести к недостаточному местному смачиванию и вызвать последующую неравномерность цвета

02

Шаг второй:

«Открытие и проникновение красителя» барьера кожи волос

Щелочные компоненты в продуктах для окрашивания волос, такие как аммиак и этаноламин, могут повышать значение pH поверхности волос, вызывая набухание клеток «рыбьей чешуи» в кутикуле волос и расширение межклеточных пространств; В то же время окислители (например, перекись водорода) слегка окисляют кератиновый белок в кутикуле, дополнительно разрушая структуру барьера. Эти два фактора работают вместе, чтобы открыть «канал» для молекул красителя.

Впоследствии молекулы красителя (например, красители-предшественники с небольшими молекулами) проникают в кору волоса посредством «диффузии разности концентраций». Чем меньше молекула, тем выше растворимость и тем сильнее эффективность диффузии; Однако макромолекулярные красители (например, флавоноиды в натуральных растительных красителях) трудно проникнуть, что также является основной причиной плохой стойкости цвета натуральных красителей для волос.

Шаг 3:

Обесцвечивание и реакция в корковом слое волос

После попадания в кору волоса окислители (например, перекись водорода) сначала реагируют с натуральным меланином: индольная структура в меланине окисляется и разрушается, и исходный цвет исчезает (т. е. «обесцвечивание»), освобождая место для новых цветов. В то же время окислитель умеренно разрывает дисульфидные связи кератина, расширяя зазоры между волокнами в коре волоса и дополнительно способствуя диффузии молекул красителя.

Впоследствии молекулы красителя реагируют с кератином: если это перманентная краска для волос, небольшие молекулы красителей-предшественников (например, п-фенилендиамин) подвергнутся окислительной полимеризации под действием окислителей, образуя макромолекулярные пигменты, которые ковалентно связываются с аминогруппами кератина (с сильной силой связывания и не легко отделяются); Если это полуперманентная краска для волос, молекулы красителя (например, кислотные красители) прилипают посредством электростатической адсорбции (связываясь с карбоксильной группой кератина), со слабой силой связывания и легким отделением при мытье.

Шаг 4:

Диффузия и стабильность окрашивания красителей по направлению к продолговатому мозгу

Непрореагировавшие молекулы красителя будут дальше диффундировать в мозговое вещество, достигая однородности цвета посредством физического заполнения; В то же время, при смывании продуктов для окрашивания волос и высыхании волос, клетки «рыбьей чешуи» на кутикуле волос постепенно закрываются, и барьерная функция восстанавливается, запирая молекулы красителя в коре и мозговом веществе волоса.

Сохранение нового цвета волос тесно связано с взаимодействием между мозговым веществом и кутикулой волос. Клетки постепенно закрываются, барьерная функция восстанавливается, а молекулы красителя «запираются» в коре и мозговом веществе волоса. На этом процесс окрашивания волос завершен, и волосы приобретают новый цвет, который нелегко смывается при ежедневной чистке (перманентный тип) или медленно смывается (полуперманентный тип).

Суть технологии окрашивания волос заключается в научном сочетании «структуры волос и химических свойств» с «механизмом действия красящих веществ для волос». Для практикующих специалистов только глубокое понимание барьерной функции кутикулы волос, основной роли коры волос и характеристик реакции альфа-кератина может помочь найти баланс между «эффективностью, мягкостью и долговечностью» и разработать высококачественные продукты, отвечающие потребностям рынка. С 19-го века до сегодняшнего 21-го века каждый прорыв в исследованиях красителей и технологии окрашивания происходит от более глубокого понимания науки о волосах, что также является основным направлением будущих отраслевых инноваций.