摘要：简介了染发剂有关知识并详细地介绍了氧化型染发剂的染发原理及组成。
关键词：氧化型染发剂；原理；组成
文章编号：1005－6629(2008)01－0052－03中图分类号：TQ658.3+4 文献标识码：E
染发剂是用来改变头发的颜，达到美化毛发目的的一类化妆品。山东科技版《化学与生活（选修）》[1]中以非常简短的篇幅介绍了氧化型染发剂及其作用机理，并在与教材配套的教师用书中提出该内容的教学目标是“知道染发剂所起的作用以及染发的简单机理”。笔者认为，在染发已经成为一种时尚的当今时代，让学生更全面地了解染发剂的知识是有必要的。鉴此，本文对常用的氧化型染发剂作比较详细的介绍，为教师提供参考。本文也可直接用作学生的阅读材料，以扩展学生的日用化学品知识，培养学生热爱化学的情感。
1头发与染发
根据染发泽持续时间长短的不同，我们可以将染发剂分为永久染发剂 、半永久染发剂和临时染发剂。
头发由外到里可分为毛表皮、毛皮质、毛髓质三个部分，如图1所示。毛表皮由扁平细胞交错重叠形成鱼鳞片状，从毛根排列到毛梢，包裹着内部的皮质。这一层护膜虽然只占整个头发的10％～15％，但是却具有保护头发不受外界环境的影响，使头发乌黑、亮泽和柔韧
的重要功能。毛皮质位于毛表皮内侧，由含有许多麦拉宁黑素的细小纤维质细胞所组成。许多螺旋状的原纤维组成小纤维，再由多根螺旋状的小纤维组成大纤维，然后数根螺旋状的大纤维就组成了外纤维，这也就是毛皮质的主体。毛皮质也称发质，是头发的主要组成部分，几乎占头发的85％～90％。皮质纤维的多少决定头发的粗细。毛髓质位于头发的中心，内部有无数气孔。这些饱含空气的洞孔具有隔热的作用，而且可以提高头发的强度和刚性。
临时染发剂使用碱性染料、酸性染料、分散性染料（如偶氮类、蒽醌类、三苯甲烷等）。这些染料分子较大，只能附着于毛表皮的表面而不会渗入到头发内部，因此颜一洗即掉。临时染发剂的制法是将染料溶于含有透明聚合物的液体介质中，加入喷射剂，灌入压力容器内，像摩丝一样使用。
半永久染发剂一般使用对头发角质亲和性好的小分子染料（如硝基对苯二胺、氨基蒽醌及其衍生物、萘醌染料等），这些小分子染料能通过渗透作用进入毛小皮，而后能进入到毛皮质中的粗纤维或原纤维中，因此颜可持续一个月左右。半永久染发剂的制法是将染料加入含有表面活性剂的香波中，配成洗染香波。
永久染发剂染发时，染料分子直接进入毛皮质，形成的大分子有素固着在毛皮质内
部，因此颜可持续一个月以上，甚至半年。永久染发剂由于染发效果较好，持续时间也较长，因此是使用最广泛的一种染发剂，下面将对其进行详细介绍。
2永久染发剂
2.1永久染发剂的作用原理
通常我们以苯、萘、蒽等芳环或杂环为基本原料，经有机合成引入磺酸基、羟基、羟烷基、硝基、氨基等取代基而得到合成染料。这些反应中所生成的各种中间产物称为染料中间体[2]，可分为苯系中间体、萘系中间体和蒽醌系中间体, 而永久染发剂使用的是苯系中间体。永久染发剂染发时，将染料中间体与显剂（即氧化剂）混合涂于头发上，让它们在头发内部发生一系列反应，产生所需泽。由于染发过程中借助于氧化剂来显，因此永久染发剂也称为氧化型染发剂。氧化型染发剂染发的具体过程及原理如下。
2.1.1染料中间体的渗入
首先，头发角蛋白在碱性条件下发生膨胀，染料中间体分子渗透到头发毛皮质的粗纤维和微纤维中，进而发生一系列反应。染料分子渗入毛皮质内部这个过程与染料分子的大小和头发的状态密切相关。若染料分子直径小，分散性好，渗透力强，染效果就好。氧化型染发剂使用的是相对分子质量较低、分子直径小的染料中间体，如对苯二胺、对胺基苯酚等，因此染效果较好。染的效果与头发损伤程度也有关。正常无损的头发结构比较紧密，染较慢。受损头发的结构比较疏松，有利于染料分子渗入，因此烫过的头发或脱过的头发最容易染，碱剂处理后或机械损伤过的头发也相对较易染。为了提高染效果，一般在染发前用碱剂等预处理头发，以加速染料分子的渗透作用。常用氨水作为碱剂，所以在染发时常可闻到刺鼻气味。
2.1.2 染料分子的氧化和缩合作用[3]
染料分子渗入头发毛皮质中以后，经显剂氧化生成锁闭在头发内部的不溶性有缩合物大分子，使头发显示出颜。有缩合物固着在毛皮质内部，洗发时不会损落。
通常，将白、灰白头发染成黑的染料中间体为对苯二胺类化合物，氧化剂为过氧化氢、过硼酸钠或过氧化脲等，反应生成的亚胺类化合物与对苯二胺缩合为大分子。缩合产物为高度共轭体系，吸收可见光，因而具有颜。
在配方中添加少量的间苯二酚、邻苯二酚等增剂，可使染光亮、着牢固。这种作用的原理是对苯二胺的氧化产物亚胺与增剂发生另一缩合反应，生成带有羟基的缩合物，也产生可见区强吸收，使颜加深。
不同的染料中间体生成不同的氧化产物及缩合物，从而使头发显现出不同的颜。常见的染发用染料中间体的显情况如表1所示：
2.2氧化型染发剂的组成
市售的氧化型染发剂有多种剂型，如粉状、液状、膏状及染发香波等，而将含染料中间体的染料基质与含氧化剂的基质分装的两瓶染发剂最为常见。这种染发剂在使用时，只需将两剂等量混合使用后均匀涂在头发上即可达到染发的目的。
2.2.1 染料基质
染料基质由染料中间体和其基质（即载体）组成。可通过改变染料中间体的种类和用量来控制染出的颜。以一种黑染发剂的配方为例，其染料中间体为对苯二胺、间苯二胺、邻氨基苯酚、2，4－二氨基苯甲醚、4－硝基邻苯二胺，用量分别为1.56%、0.20%、0.48%、0.78%、0.02%。基质大致相同，主要含有以下成分：
表面活性剂：可以是阴离子、两性离子和非离子表面活性剂，其既可起到分散、渗透、发泡的作用，又可具有清洁的作用。黑染发剂中含油酸20％，油醇15％。
溶剂：染发中间体需要适当的溶剂来溶解。常用溶剂为低碳醇、多元醇、多元醇醚，例如乙醇、丙二醇、异丙醇、甘油、山梨醇、二乙二醇乙醚。其中甘油、丙二醇等具有保湿作用，乙醇和异丙醇能促进染料对头发的渗透作用。丙二醇和异丙醇的常用量分别为12％、10％。
抗氧剂：阻滞染料中间体被空气氧化而部分失效，广泛使用亚硫酸钠，用量一般不超过0.5％。
增稠剂：具有增稠作用，使染发剂易于附着于头发上，也具有稳定泡沫等作用。一般使用纤维素、高碳醇，用量为1.0％。
抑制剂（又称氧化减缓剂）：减缓染发剂与氧化剂反应的速率，使染料中间体有充分的时间渗透、扩散，然后再发生氧化反应，形成锁闭在头发内的大分子化合物而显。常用多元酚及其类似物，一般用量为0.5％。
碱剂：使头发柔软和膨胀，有利于染料中间体分子渗透，并且能提高氧化剂的氧化能力。最常用的碱是氨水，也可采用有机胺如乙醇胺、烷基酚胺等，或用它们部分代替氨水。通常加入适量碱剂将pH值调至9～10.5时，染发效果较好。
螯合剂：染料及其基质中含有的微量重金属会催化过氧化物的分解，加速染料中间体的自动氧化，影响染发的效果。螯合剂可消除重金属离子的影响。常用乙二胺四乙酸钠（EDTA－Na），用量为0.2％～0.5％。
香精：掩盖某些组分（如碱剂）的令人不愉快的气味，并在染后的头发上留下芬芳的香气。避免使用醛类香精，以防止醛类化合物在碱性条件下发生缩合反应或被氧化剂氧化为羧酸而改变气味。用量一般为0.3％～0.5染发剂颜％。
2.2.2 氧化剂基质
氧化剂是氧化型染发剂的另一主要组成部分。通常使用过氧化氢（含量6％），pH控制为3～4，并加入防止过氧化氢分解的稳定剂非那西汀、磷酸氢钠等（用量0.5％）。
由于过氧化氢易分解，因此氧化剂基质与染料基质需要分别包装。
3 染发剂的发展
染发剂的开发，总体来说需要考虑产品的安全性、对环境的影响、消费者对产品多样化的追求等多方面因素。由于时有过敏案例发生，因此降低染料中间体的毒性，以低毒或无毒的化合物来替代二元胺及其衍生物一直是永久染发剂的发展方向。目前开发的新染料中间体包括2，4－二氨基苯氧基乙醇盐酸盐和5－（2－羟乙基胺）3－甲基苯酚等。为了降低永久染发剂对皮肤的刺激、碱性及过氧化氢对头发的损伤，新的配方一般增加了护发成分，如蛋白水解物、阳离子蛋白肽、高分子阳离子聚合物、二甲基聚硅氧烷衍生物和植物提取物等，并以碱性氨基酸、烷基丙醇胺和胍衍生物等作为氨水的替代物[4]。
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