氧化型染發劑簡介

摘要：簡介了染發劑有關知識并詳細地介紹了氧化型染發劑的染發原理及組成。

關鍵詞：氧化型染發劑；原理；組成

文章編號：1005－6629(2008)01－0052－03中圖分類號：TQ658.3+4 文獻標識碼：E

染發劑是用來改變頭發的顏色，達到美化毛發目的的一類化妝品。山東科技版《化學與生活（選修）》[1]中以非常簡短的篇幅介紹了氧化型染發劑及其作用機理，并在與教材配套的教師用書中提出該內容的教學目標是“知道染發劑所起的作用以及染發的簡單機理”。筆者認為，在染發已經成為一種時尚的當今時代，讓學生更全面地了解染發劑的知識是有必要的。鑒此，本文對常用的氧化型染發劑作比較詳細的介紹，為教師提供參考。本文也可直接用作學生的閱讀材料，以擴展學生的日用化學品知識，培養學生熱愛化學的情感。

1頭發與染發

根據染發色澤持續時間長短的不同，我們可以將染發劑分為永久染發劑 、半永久染發劑和臨時染發劑。

頭發由外到里可分為毛表皮、毛皮質、毛髓質三個部分，如圖1所示。毛表皮由扁平細胞交錯重疊形成魚鱗片狀，從毛根排列到毛梢，包裹著內部的皮質。這一層護膜雖然只占整個頭發的10％～15％，但是卻具有保護頭發不受外界環境的影響，使頭發烏黑、亮澤和柔韌的重要功能。毛皮質位于毛表皮內側，由含有許多麥拉寧黑色素的細小纖維質細胞所組成。許多螺旋狀的原纖維組成小纖維，再由多根螺旋狀的小纖維組成大纖維，然后數根螺旋狀的大纖維就組成了外纖維，這也就是毛皮質的主體。毛皮質也稱發質，是頭發的主要組成部分，幾乎占頭發的85％～90％。皮質纖維的多少決定頭發的粗細。毛髓質位于頭發的中心，內部有無數氣孔。這些飽含空氣的洞孔具有隔熱的作用，而且可以提高頭發的強度和剛性。

臨時染發劑使用堿性染料、酸性染料、分散性染料（如偶氮類、蒽醌類、三苯甲烷等）。這些染料分子較大，只能附著于毛表皮的表面而不會滲入到頭發內部，因此顏色一洗即掉。臨時染發劑的制法是將染料溶于含有透明聚合物的液體介質中，加入噴射劑，灌入壓力容器內，像摩絲一樣使用。

半永久染發劑一般使用對頭發角質親和性好的小分子染料（如硝基對苯二胺、氨基蒽醌及其衍生物、萘醌染料等），這些小分子染料能通過滲透作用進入毛小皮，而后能進入到毛皮質中的粗纖維或原纖維中，因此顏色可持續一個月左右。半永久染發劑的制法是將染料加入含有表面活性劑的香波中，配成洗染香波。

永久染發劑染發時，染料分子直接進入毛皮質，形成的大分子有色色素固著在毛皮質內部，因此顏色可持續一個月以上，甚至半年。永久染發劑由于染發效果較好，持續時間也較長，因此是使用最廣泛的一種染發劑，下面將對其進行詳細介紹。

2永久染發劑

2.1永久染發劑的作用原理

通常我們以苯、萘、蒽等芳環或雜環為基本原料，經有機合成引入磺酸基、羥基、羥烷基、硝基、氨基等取代基而得到合成染料。這些反應中所生成的各種中間產物稱為染料中間體[2]，可分為苯系中間體、萘系中間體和蒽醌系中間體， 而永久染發劑使用的是苯系中間體。永久染發劑染發時，將染料中間體與顯色劑（即氧化劑）混合涂于頭發上，讓它們在頭發內部發生一系列反應，產生所需色澤。由于染發過程中借助于氧化劑來顯色，因此永久染發劑也稱為氧化型染發劑。氧化型染發劑染發的具體過程及原理如下。

2.1.1染料中間體的滲入

首先，頭發角蛋白在堿性條件下發生膨脹，染料中間體分子滲透到頭發毛皮質的粗纖維和微纖維中，進而發生一系列反應。染料分子滲入毛皮質內部這個過程與染料分子的大小和頭發的狀態密切相關。若染料分子直徑小，分散性好，滲透力強，染色效果就好。氧化型染發劑使用的是相對分子質量較低、分子直徑小的染料中間體，如對苯二胺、對胺基苯酚等，因此染色效果較好。染色的效果與頭發損傷程度也有關。正常無損的頭發結構比較緊密，染色較慢。受損頭發的結構比較疏松，有利于染料分子滲入，因此燙過的頭發或脫色過的頭發最容易染色，堿劑處理后或機械損傷過的頭發也相對較易染色。為了提高染色效果，一般在染發前用堿劑等預處理頭發，以加速染料分子的滲透作用。常用氨水作為堿劑，所以在染發時?？陕劦酱瘫菤馕丁?/p>

2.1.2 染料分子的氧化和縮合作用[3]

染料分子滲入頭發毛皮質中以后，經顯色劑氧化生成鎖閉在頭發內部的不溶性有色縮合物大分子，使頭發顯示出顏色。有色縮合物固著在毛皮質內部，洗發時不會損落。

通常，將白色、灰白色頭發染成黑色的染料中間體為對苯二胺類化合物，氧化劑為過氧化氫、過硼酸鈉或過氧化脲等，反應生成的亞胺類化合物與對苯二胺縮合為大分子?？s合產物為高度共軛體系，吸收可見光，因而具有顏色。

在配方中添加少量的間苯二酚、鄰苯二酚等增色劑，可使染色光亮、著色牢固。這種作用的原理是對苯二胺的氧化產物亞胺與增色劑發生另一縮合反應，生成帶有羥基的縮合物，也產生可見區強吸收，使顏色加深。

不同的染料中間體生成不同的氧化產物及縮合物，從而使頭發顯現出不同的顏色。常見的染發用染料中間體的顯色情況如表1所示：

2.2氧化型染發劑的組成

市售的氧化型染發劑有多種劑型，如粉狀、液狀、膏狀及染發香波等，而將含染料中間體的染料基質與含氧化劑的基質分裝的兩瓶染發劑最為常見。這種染發劑在使用時，只需將兩劑等量混合使用后均勻涂在頭發上即可達到染發的目的。

2.2.1 染料基質

染料基質由染料中間體和其基質（即載體）組成。可通過改變染料中間體的種類和用量來控制染出的顏色。以一種黑色染發劑的配方為例，其染料中間體為對苯二胺、間苯二胺、鄰氨基苯酚、2，4－二氨基苯甲醚、4－硝基鄰苯二胺，用量分別為1.56%、0.20%、0.48%、0.78%、0.02%?；|大致相同，主要含有以下成分：

表面活性劑：可以是陰離子、兩性離子和非離子表面活性劑，其既可起到分散、滲透、發泡的作用，又可具有清潔的作用。黑色染發劑中含油酸20％，油醇15％。

溶劑：染發中間體需要適當的溶劑來溶解。常用溶劑為低碳醇、多元醇、多元醇醚，例如乙醇、丙二醇、異丙醇、甘油、山梨醇、二乙二醇乙醚。其中甘油、丙二醇等具有保濕作用，乙醇和異丙醇能促進染料對頭發的滲透作用。丙二醇和異丙醇的常用量分別為12％、10％。

抗氧劑：阻滯染料中間體被空氣氧化而部分失效，廣泛使用亞硫酸鈉，用量一般不超過0.5％。

增稠劑：具有增稠作用，使染發劑易于附著于頭發上，也具有穩定泡沫等作用。一般使用纖維素、高碳醇，用量為1.0％。

抑制劑（又稱氧化減緩劑）：減緩染發劑與氧化劑反應的速率，使染料中間體有充分的時間滲透、擴散，然后再發生氧化反應，形成鎖閉在頭發內的大分子化合物而顯色。常用多元酚及其類似物，一般用量為0.5％。

堿劑：使頭發柔軟和膨脹，有利于染料中間體分子滲透，并且能提高氧化劑的氧化能力。最常用的堿是氨水，也可采用有機胺如乙醇胺、烷基酚胺等，或用它們部分代替氨水。通常加入適量堿劑將pH值調至9～10.5時，染發效果較好。

螯合劑：染料及其基質中含有的微量重金屬會催化過氧化物的分解，加速染料中間體的自動氧化，影響染發的效果。螯合劑可消除重金屬離子的影響。常用乙二胺四乙酸鈉（EDTA－Na），用量為0.2％～0.5％。

香精：掩蓋某些組分（如堿劑）的令人不愉快的氣味，并在染后的頭發上留下芬芳的香氣。避免使用醛類香精，以防止醛類化合物在堿性條件下發生縮合反應或被氧化劑氧化為羧酸而改變氣味。用量一般為0.3％～0.5％。

2.2.2 氧化劑基質

氧化劑是氧化型染發劑的另一主要組成部分。通常使用過氧化氫（含量6％），pH控制為3～4，并加入防止過氧化氫分解的穩定劑非那西汀、磷酸氫鈉等（用量0.5％）。

由于過氧化氫易分解，因此氧化劑基質與染料基質需要分別包裝。

3 染發劑的發展

染發劑的開發，總體來說需要考慮產品的安全性、對環境的影響、消費者對產品多樣化的追求等多方面因素。由于時有過敏案例發生，因此降低染料中間體的毒性，以低毒或無毒的化合物來替代二元胺及其衍生物一直是永久染發劑的發展方向。目前開發的新染料中間體包括2，4－二氨基苯氧基乙醇鹽酸鹽和5－（2－羥乙基胺）3－甲基苯酚等。為了降低永久染發劑對皮膚的刺激、堿性及過氧化氫對頭發的損傷，新的配方一般增加了護發成分，如蛋白水解物、陽離子蛋白肽、高分子陽離子聚合物、二甲基聚硅氧烷衍生物和植物提取物等，并以堿性氨基酸、烷基丙醇胺和胍衍生物等作為氨水的替代物[4]。

另外，植物染發劑也是未來染發劑市場的一個發展方向。植物染發劑染發時，植物性染料與陽離子表面活性劑絡合成細小顆粒，覆蓋在頭發表面顯色。也可以是植物中的活性成分與金屬鹽類形成有色絡合物，其滲入頭發表皮或頭發皮質而顯色。與化學類染發劑相比，植物染發劑具有幾乎無刺激性、毒性小、色彩自然的優點，缺點為原料色素提取工藝比較復雜，著色效果較差，價格也較貴[5]。

參考文獻:

[1]王磊．普通高中課程標準實驗教科書．化學與生活（選修）[M]．濟南：山東科學技術出版社，2005：124.

[2]顏紅俠，張秋禹．日用化學品制造原理與技術[M]．北京：化學工業出版社，2004：199-205.

[3]李明陽．化妝品化學[M]．北京：科學出版社，2002：262-265.

[4]劉文，高希青．染發劑的市場與最新進展[J]．日用化學品科學．2004，27（6）：22.

[5]石榮瑩，劉志兵，張蕾，宋恭華．植物染發劑的發展[J]．日用化學工業．2005，35（5）：319-321.