訶子色素染發研究

宋慧君，梅洪穩，劉麗嬌，蘇國鑫，曹建峰

（河南工程學院材料與化學工程學院，河南鄭州 450007）

目前，市場上銷售的染發產品以氧化型染發劑（合成染發劑）為主，也有少數添加微量植物色素作為天然成分或者顏色調節劑。氧化型染發劑常用的染色中間體有對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、對氨基苯酚及其衍生物，長期使用會危害人們的身體健康。近代科學研究表明，多發性骨髓瘤、皮膚癌的發生與含苯二胺染發劑的長期使用、職業接觸有關[1-2]。

訶子色素是從訶子果中提取的天然染料，具有良好的生物降解性，無毒、無害，對皮膚無過敏、不致癌，還具有藥物保健功能及良好的抗紫外線性能[3-4]。目前，天然染料在紡織品染色中的應用研究較多[5-7]，但天然染料在頭發染色中的應用研究較少。頭發的結構與羊毛類似，頭發的毛干部分從外至內可分為角質層、皮質層和髓質層3層，其中，角質層中含有大量的高硫蛋白，結構緊密，能抵御機械拉伸、摩擦、日曬、水洗等各種外界損傷，對頭發具有保護作用，又稱為鱗片層[8]。由于頭發鱗片層結構緊密，造成染色時染料大分子從頭發表面向內部擴散困難。羊毛染色時，可以通過升高染色溫度使鱗片層膨化，從而有利于染料從纖維表面向纖維內部擴散，但頭發在染色溫度超過50 ℃時，人體會有不適感。本研究通過微堿性條件和膨化劑的協同作用使頭發的鱗片層有效膨化，使天然色素分子能夠順利通過鱗片層到達皮質層，以獲得良好的色牢度及較高的得色量。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料：白頭發（本人及同事提供）；30%雙氧水、冰醋酸、碳酸氫鈉、碳酸鈉、無水硫酸鈉（分析純，天津市德恩化學試劑有限公司），膨化劑A（自制），雙氧水活化劑（工業級，廣東德美精細化工股份有限公司），硫酸亞鐵（分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司），訶子色素（食品級，粉狀，太原永耀生物科技有限公司），力士洗發乳、力士精華素[聯合利華（中國）有限公司]。

儀器：Quanta 250 掃描電子顯微鏡（捷克FEI 公司），HD021NS 電子單紗強力儀（南通宏大實驗儀器有限公司），HH-4數顯恒溫水浴鍋（常州市國立實驗設備研究所），PHS-25型pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司），CE7000A 型SCT 染料紡織品測色配色儀（沈陽彩普科技有限公司）。

1.2 染色工藝

1.2.1 工藝配方

預處理：H2O25%、膨化劑A 10%、雙氧水活化劑0.5%、10%的羥乙基纖維原糊53%，用碳酸鈉調pH為9。

媒染：膨化劑A 10%、硫酸亞鐵2%、10%羥乙基纖維原糊53%。

染色：訶子色素1%、2%、3%、4%、5%、6%，硫酸鈉1%、2%、3%、4%、5%、6%，10%羥乙基纖維原糊53%，膨化劑A 10%，pH=5、6、7、8、9。

1.2.2 工藝流程

將預處理劑均勻地抹在頭發上，用保鮮膜密封，置于燒杯中，放入45 ℃恒溫水浴鍋中處理50 min后，用水洗凈。然后將媒染劑均勻地抹在頭發上，用保鮮膜密封，置于燒杯中，放入45 ℃恒溫水浴鍋中處理30 min 后，用水洗凈，再將染色劑均勻地抹在頭發上，用保鮮膜密封，置于燒杯中，放入45 ℃恒溫水浴鍋中處理一段時間。最后用水洗凈，晾干。

1.3 測試

拉伸性能：用電子單紗強力儀測定頭發的斷裂強力和斷裂伸長率，每組試樣測試10次，取平均值。

顏色特征值：用測色配色儀測定，采用D65光源和10°觀察角，每份試樣測4次，取平均值。

表面形貌：用掃描電子顯微鏡觀察。

色牢度：用力士洗發乳揉洗染色頭發1 min，沖洗1 min，再用力士精華素揉洗1 min，沖洗1 min，毛巾擦過后用吹風機吹干，梳理，為洗滌1次[9]。對頭發多次洗滌，用測色儀測試洗滌前后染色頭發的L*、a*、b*值，采用D65光源和10°觀察角，每份試樣測4次，取平均值。洗滌前后的色差（ΔE）按下式進行計算。

其中，L0*、a0*、b0*分別為洗滌前的顏色特征值，Ln*、an*、bn*分別為洗滌n次后的顏色特征值。

2 結果與討論

2.1 頭發表面形貌

將未處理及經過預處理的白發洗凈，用掃描電子顯微鏡觀察表面形貌，結果見圖1。由圖1可知，經過預處理后，頭發的鱗片變短，但鱗片層依然存在，因此，預處理不會明顯降低頭發的強力。

圖1 頭發的表面形貌

2.2 頭發染色工藝優化

2.2.1 訶子色素用量

由于自然生長的白發有限，為節約白發用量，工藝條件探討時，在北窗自然光下目測頭發的染色效果?？紤]到染發時人體感覺的舒適度，預處理、媒染、染發溫度均選45 ℃。

按照工藝配方及工藝流程染發，其中，硫酸鈉用量為4%、pH=8、染發時間60 min，訶子色素用量對頭發拉伸性能及染色效果的影響見表1。由表1可以看出，隨著訶子色素用量的提高，頭發的斷裂強力和斷裂伸長率均沒有明顯的變化。隨著訶子色素用量的提高，染色后頭發的顏色變深。這是因為訶子色素用量提高，上染到頭發上的訶子色素增多。訶子色素用量提高到5%后，繼續提高訶子色素用量，染色后頭發顏色不再變深，因此，訶子色素用量以5%為佳。

表1 訶子色素用量對頭發拉伸性能及染色效果的影響

2.2.2 硫酸鈉用量

按照工藝配方及工藝流程染發，其中，訶子色素用量為5%、pH=8、染發時間60 min，硫酸鈉用量對頭發拉伸性能及染色效果的影響見表2。由表2可以看出，隨著硫酸鈉用量的提高，頭發的斷裂強力和斷裂伸長率均沒有明顯的變化；染色后頭發的顏色變深。這是因為在弱堿性條件下，頭發纖維和訶子色素都帶負電荷，兩者之間存在斥力作用，硫酸鈉的加入可降低頭發纖維與訶子色素之間的斥力，起到促染作用。硫酸鈉用量提高到4%后，繼續提高硫酸鈉用量，染色后頭發顏色不再變深，為此，硫酸鈉用量以4%為佳。

表2 硫酸鈉用量對頭發拉伸性能及染色效果的影響

2.2.3 染色pH

按照工藝配方及工藝流程染發，其中，訶子色素用量5%、硫酸鈉用量4%、染發時間60 min，染色pH對頭發拉伸性能及染色效果的影響見表3。由表3可以看出，隨著pH 升高，頭發的斷裂強力逐漸下降，斷裂伸長率逐漸提高，染色后頭發的顏色逐漸加深。這是因為：（1）頭發屬于蛋白質纖維，耐堿性較差，堿性條件會導致蛋白質肽鍵的水解，從而引起強力下降[10]；（2）在膨化劑與堿劑的協同作用下，有利于頭發鱗片層的膨化，從而有利于訶子色素擴散通過頭發表面的鱗片層到頭發的皮質層，提高訶子色素的上染率。pH從8提高到9，頭發的斷裂強力下降，而顏色沒有明顯變化，為此，染色pH以8為佳。

表3 染色pH對頭發拉伸性能及染色效果的影響

2.2.4 染色時間

按照工藝配方及工藝流程染發，其中，訶子色素用量5%、硫酸鈉用量4%、pH=8，染色時間對頭發拉伸性能及染色效果的影響見表4。由表4 可以看出，隨著染色時間延長，頭發的斷裂強力有所下降，斷裂伸長率有所提高，但變化不明顯。因為頭發屬于蛋白質纖維，耐堿性較差，堿性條件下處理時間越長，對頭發的損傷越嚴重，但本實驗的堿性很弱，因此，對頭發拉伸性能的影響不大。隨著染色時間延長，染色頭發的顏色逐漸加深，因為隨時間延長，上染到頭發上的訶子色素越多。染色時間延長到75 min 后，繼續延長染色時間，頭發的顏色不再繼續加深，可能是染色達到了平衡，因此，可以依據所需得到的顏色選擇適宜的染色時間，要得到較烏黑的頭發可采取染色75 min。

表4 染色時間對頭發拉伸性能及染色效果的影響

2.3 最佳染色工藝下染發的顏色特征值及色牢度

染得頭發的顏色特征值見表5，色牢度見圖2。由表5可知，染色后頭發的亮度值L*、紅綠色度值a*、黃藍色度值b*、鮮艷度值c*均很小，說明所染顏色為黑色，不鮮艷。K/S值大，說明染的頭發比較烏黑。

表5 頭發的顏色特征值

由圖2可知，隨洗滌次數增多，色差值（ΔE）增大，洗滌次數超過12 次后，隨洗滌次數增多，色差值變化不大。因為洗滌時，部分頭發表面的染料分子被洗去，隨洗滌次數增加，頭發表面的染料分子逐漸減少，滲透到頭發內部的染料分子不易洗掉，色牢度好。

圖2 頭發的色牢度

3 結論

最佳染色工藝為：訶子色素5%、膨化劑A 10%、硫酸鈉4%、10%的羥乙基纖維原糊53%，pH=8，染色溫度45 ℃，染色75 min，可獲得比較烏黑的頭發，且具有良好的色牢度。

提標提質助推柯橋印染行業高質量發展

昨天上午，柯橋區委副書記、柯橋區長趙如浪在柯橋區印染行業高質量發展推進工作會議上指出，印染產業是柯橋的傳統產業、主導產業、優勢產業，柯橋區上下要進一步堅定信心，凝聚共識，圍繞“綠色高端、世界領先”目標，穩中精進，提標提質，助推柯橋區印染行業實現高質量發展。副區長齊方良主持會議。

趙如浪在講話中說，通過集聚升級，柯橋區印染企業數量明顯減少，設備工藝大幅提升，質量效益顯著提高，印染產業由“鋪天蓋地”逐步邁向“頂天立地”，較好實現“綠色突圍”。他指出，印染行業的深度調整期、深度提升期已到來，各相關部門、行業協會和企業家要緊扣形勢，認識印染行業高質量發展的重要意義，這不僅是行業和企業主動適應經濟新常態的需要，也是打造國際紡織之都需要，更是提升區域綜合競爭力的需要。要聚焦重點，明確印染行業高質量發展的目標任務，力爭通過3年時間，持續推動印染企業集聚濱海后向高新化、智能化、綠色化發展，進一步深化“畝均論英雄”改革，大力實施“加工轉經銷”，推動印染行業智能化改造，高標準打造綠色印染，分類處理廢水，收集治理廢氣，規范處置固廢，同時不折不扣做好安全生產工作。要齊心協力，加強印染行業高質量發展的服務保障，各級各部門要各司其職、形成合力，嚴格督考、優化配置，強化宣傳、營造氛圍，讓印染行業高質量改造提升成為全社會的廣泛共識，成為廣大印染企業的自覺行動，成為區域經濟發展的強大動力。

會上，柯橋區經信局、柯橋區生態環境分局、柯橋區應急管理局、柯橋區科技局、馬鞍鎮相關負責人，分別就推進印染企業智能化改造、定型機廢氣治理、安全生產、科技創新、推進印染企業“加工轉經銷”等相關工作作詳細布置。