Popularización de la ciencia | | Comprensión científica de la estructura del cabello y los principios del teñido
La búsqueda de la belleza por parte de los humanos ha impulsado la evolución continua de la tecnología del teñido del cabello, abarcando miles de años, desde los rizos castaños dorados de los faraones egipcios hasta las diversas opciones de color de cabello modernas. Desde que se introdujo el primer tinte sintético, la violeta de anilina, en 1856, los tintes oxidativos para el cabello han experimentado más de cien años de desarrollo y ahora han formado una cadena industrial completa que abarca a los proveedores de materias primas, los productores, las marcas y los consumidores. Con el rápido desarrollo del mercado de cosméticos nacional, la industria del tinte para el cabello está madurando gradualmente y el sistema regulatorio es cada vez más perfecto. Las materias primas de alta calidad, la tecnología madura y el reconocimiento del consumidor se han convertido en el núcleo de la competitividad del producto.
(一)
La estructura biológica y la esencia química del cabello: la base natural del teñido del cabello
El cambio de color del cabello es esencialmente el resultado de la interacción entre las sustancias colorantes para el cabello, la estructura del cabello y la composición química. La sección transversal del cabello (el tallo del cabello, que es la parte que se ha desprendido del folículo piloso) se divide en tres capas de afuera hacia adentro: la epidermis del cabello, la corteza del cabello y la médula del cabello, y está compuesta principalmente de alfa queratina. Esta estructura y características de composición determinan directamente la viabilidad y eficiencia del teñido del cabello.
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La estructura de tres capas del cabello: de barrera a área funcional central
(1)Epidermis del cabello: la "primera puerta" de las sustancias colorantes para el cabello
La epidermis es la capa más externa del tallo del cabello, compuesta por 6-10 capas de queratinocitos planos y transparentes dispuestos en un patrón superpuesto de "escamas de pez" (similar a las tejas). Su función principal es proteger la corteza del cabello de estímulos externos y controlar la entrada y salida de sustancias.
Para el teñido del cabello, la epidermis es la interfaz principal de las sustancias colorantes para el cabello: los tensioactivos o ingredientes alcalinos (como el amoníaco) en los productos para teñir el cabello primero humedecerán la epidermis, lo que hará que los espacios intercelulares de "escamas de pez" se expandan, abriendo canales para que las moléculas de tinte posteriores entren en la corteza. Si la epidermis del cabello está dañada (como el rizado y el teñido frecuentes que causan la caída de las escamas), puede hacer que el tinte penetre demasiado rápido, lo que puede provocar cabello seco y color desigual; Por el contrario, una epidermis del cabello sana requiere optimizar la suavidad de la "barrera de apertura" en el diseño de la fórmula para evitar daños excesivos a la estructura del cabello.
(2)Corteza: el 'área central' del cambio de color
La corteza del cabello representa el 80% -90% del volumen del tallo del cabello y está compuesta por haces de fibras de queratina dispuestos en paralelo. Los haces de fibras están llenos de proteína de queratina amorfa y partículas de pigmento natural. Esta capa es el área central donde las sustancias colorantes para el cabello ejercen sus efectos.
El agente oxidante (como el peróxido de hidrógeno) en el tinte permanente para el cabello primero reaccionará con la melanina en la corteza del cabello, destruyendo la estructura original del pigmento (es decir, "decoloración");
Posteriormente, las moléculas de tinte sintético (como la fenilendiamina) entran en la corteza del cabello y se unen covalentemente con los grupos amino y tiol en la queratina, formando nuevos pigmentos estables y logrando una "coloración duradera". La eficiencia de este proceso depende del tamaño de las moléculas de tinte y su reactividad con la queratina.
(3)Médula: la 'Zona de Permeación Auxiliar' del Color
La médula del cabello se encuentra en el centro del tallo del cabello y está compuesta por queratinocitos dispuestos de forma suelta. Solo existe en cabello grueso con un diámetro superior a 60 μ m (el cabello fino puede no tener médula). Su estructura es suelta y los espacios son grandes, lo que permite que el tinte para el cabello se difunda aún más en esta área, mejorando la uniformidad y durabilidad del color. Sin embargo, debido a su baja proporción, no es el área clave para teñir el cabello, por lo que no es necesario centrarse demasiado en el diseño del producto. Solo se debe considerar la compatibilidad de la fórmula para cabello grueso y fino
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Alfa queratina:
El "esqueleto químico" del cabello y el "objetivo" de la reacción de teñido
El componente principal del cabello es la alfa queratina, y su estructura molecular y propiedades químicas determinan directamente el mecanismo de acción de las sustancias colorantes para el cabello.
Características estructurales: La alfa queratina forma una cadena polipeptídica en una estructura de "hélice derecha", y múltiples cadenas polipeptídicas están conectadas por enlaces disulfuro (proporcionados por la cisteína, que representa una alta proporción de cisteína en la cadena peptídica), enlaces de hidrógeno, etc. para formar haces de fibras estables. Esta estructura le da al cabello buena resistencia mecánica y resistencia a los solventes y ácidos y bases débiles.
Características de reacción: La alfa queratina es sensible a los oxidantes, agentes reductores y bases fuertes. Los enlaces disulfuro pueden oxidarse y romperse bajo la acción de los oxidantes, y pueden reducirse y romperse bajo la acción de los agentes reductores; Mientras tanto, los grupos amino (- NH ₂) y carboxilo (- COOH) en la cadena peptídica pueden unirse covalentemente o adsorberse electrostáticamente con las moléculas de tinte.
Es precisamente esta característica la que hace posible el teñido del cabello. Si bien los oxidantes destruyen la melanina, también pueden abrir moderadamente el enlace disulfuro de la queratina, expandir el espacio molecular y facilitar la entrada del tinte; Y las moléculas de tinte logran una "coloración estable" al unirse a los grupos de queratina, que también es la base química central para que los tintes permanentes para el cabello mantengan el color durante mucho tiempo.
(二)
El principio científico del teñido del cabello:
De la acción del material a la descomposición del proceso
Basado en la estructura y la naturaleza química del cabello, el proceso de teñido se puede dividir en cuatro pasos principales: contacto, penetración, reacción y coloración. Cada paso debe coincidir con las características del cabello y el diseño de la fórmula del producto, de la siguiente manera.
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Paso 1:
El "contacto y humectación" entre las sustancias colorantes para el cabello y la epidermis del cabello
Después de aplicar productos para teñir el cabello, el primer paso es reducir la tensión superficial del cabello a través de tensioactivos (como el lauril sulfato de sodio), de modo que las sustancias colorantes para el cabello (tintes, oxidantes, componentes alcalinos, etc.) se humedezcan y se adsorban uniformemente en la superficie de la epidermis del cabello. La clave de este paso es la "uniformidad de la humectación". Si el tensioactivo no se selecciona correctamente, puede provocar una humectación local insuficiente y causar una posterior desigualdad del color
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Segundo paso:
La "apertura y penetración del tinte" de la barrera cutánea del cabello
Los componentes alcalinos en los productos para teñir el cabello, como el amoníaco y la etanolamina, pueden aumentar el valor de pH de la superficie del cabello, lo que hace que las células de "escamas de pez" en la epidermis del cabello se hinchen y los espacios intercelulares se expandan; Al mismo tiempo, los oxidantes (como el peróxido de hidrógeno) oxidarán ligeramente la proteína de queratina en la epidermis, interrumpiendo aún más la estructura de la barrera. Los dos trabajan juntos para abrir un "canal" para las moléculas de tinte.
Posteriormente, las moléculas de tinte (como los tintes precursores de moléculas pequeñas) entran en la corteza del cabello a través de la "difusión de la diferencia de concentración". Cuanto más pequeña sea la molécula, mayor será la solubilidad y mayor será la eficiencia de la difusión; Sin embargo, los tintes macromoleculares (como los flavonoides en los tintes vegetales naturales) son difíciles de penetrar, que es también la razón principal de la poca persistencia del color de los tintes naturales para el cabello.
Paso 3:
Decoloración y reacción en el cabello cortical
Después de entrar en la corteza del cabello, los oxidantes (como el peróxido de hidrógeno) primero reaccionan con la melanina natural: la estructura de indol en la melanina se oxida y se rompe, y el color original desaparece (es decir, "decoloración"), dejando espacio para nuevos colores. Al mismo tiempo, el oxidante rompe moderadamente los enlaces disulfuro de la queratina, expandiendo los espacios de los haces de fibras en la corteza del cabello y promoviendo aún más la difusión de las moléculas de tinte.
Posteriormente, las moléculas de tinte reaccionan con la queratina: si se trata de un tinte permanente para el cabello, los tintes precursores de moléculas pequeñas (como la p-fenilendiamina) se someterán a polimerización oxidativa bajo la acción de los oxidantes, formando pigmentos macromoleculares que se unen covalentemente con los grupos amino de la queratina (con una fuerte fuerza de unión y no se desprenden fácilmente); Si se trata de un tinte semipermanente para el cabello, las moléculas de tinte (como los tintes ácidos) se adhieren a través de la adsorción electrostática (uniéndose al grupo carboxilo de la queratina), con una fuerza de unión débil y fácil desprendimiento debido al lavado.
Paso 4:
La difusión y estabilidad de la coloración de los tintes hacia la médula oblongada
Las moléculas de tinte que no han reaccionado se difundirán aún más en la médula, logrando la uniformidad del color a través del relleno físico; Al mismo tiempo, con el enjuague de los productos para teñir el cabello y el secado del cabello, las células de "escamas de pez" en la cutícula del cabello se cierran gradualmente y se restaura la función de barrera, bloqueando las moléculas de tinte en la corteza y la médula del cabello.
La retención del nuevo color del cabello está estrechamente relacionada con la interacción entre la médula y la epidermis del cabello. Las células se cierran gradualmente, se restaura la función de barrera y las moléculas de tinte se "bloquean" en la corteza y la médula del cabello. En este punto, el proceso de teñido del cabello se completa y el cabello presenta un nuevo color que no se desprende fácilmente durante la limpieza diaria (tipo permanente) o se desprende lentamente (tipo semipermanente).
El núcleo de la tecnología de teñido del cabello es la coincidencia científica de la "estructura y las propiedades químicas del cabello" con el "mecanismo de acción de las sustancias colorantes para el cabello". Para los profesionales, solo al comprender profundamente la función de barrera de la epidermis del cabello, el papel central de la corteza del cabello y las características de respuesta de la alfa queratina, pueden encontrar un equilibrio entre "eficacia, suavidad y durabilidad" y desarrollar productos de alta calidad que satisfagan la demanda del mercado. Desde el siglo XIX hasta el siglo XXI actual, cada avance en la investigación de tintes y la tecnología de teñido se deriva de una comprensión más profunda de la ciencia del cabello, que también es la dirección central de la innovación futura de la industria.
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