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2020-06-16 15:25 本文來自微信公眾號：科學大院（ID：kexuedayuan）,，作者：氘氘齋（清華大學化學博士）
看到這里,，你是不是也想折騰一下自己的頭發(fā)了,？大院兒今天要為大家推薦的是——藍黑色染發(fā)，只需要花一次錢,，享受多重發(fā)色,。 你去網(wǎng)上搜“染藍黑色”，搜到最多的不是染發(fā)后多酷多美,，而是這個發(fā)色“充滿歡樂”的褪色過程,。 如果你夠膽量嘗試染藍黑色，你將在1~2個月內(nèi)接連收獲孔雀藍,、藍綠,、草原綠、亞麻青等豐富多彩的顏色,，以及“或許會遲到卻永不缺席”的黃色,。 說到這里，你知道為什么把頭發(fā)染成藍黑色后會發(fā)生如此有趣的褪色過程嗎,？ 劉星同學早就有了這個大膽的想法（圖片來源：《家有兒女》劇照） 想要變色,，頭發(fā)需要經(jīng)歷啥？ 關(guān)于藍黑色褪色之謎,，筆者先賣個關(guān)子,，讓我們先來了解染發(fā)的原理。別看從黑色到藍黑就多個藍字兒,，這勁可費大了,。 我們的頭發(fā)雖然是一根根纖纖細絲，但卻分成了外皮層,、內(nèi)質(zhì)層和髓質(zhì)層三層結(jié)構(gòu)。其中,，跟染發(fā)有密切關(guān)系的是前兩層,。外皮層主要是無色透明的角蛋白，在健康的頭發(fā)上,，它像無數(shù)瓦片,，鱗次櫛比地排列在發(fā)絲上，起到保護的作用,，相當于頭發(fā)的透明保護殼,。而真正決定發(fā)色的是內(nèi)質(zhì)層,，它由豐富的紡錘狀細胞組成，含有大量天然黑色素,。 對于人類來說,，頭發(fā)中的天然色素就兩種：真黑素和棕黑素，合稱黑色素,。顧名思義,，真黑素負責黑，棕黑素負責棕（黃）,。真黑素從少到多,，頭發(fā)會從灰變黑；棕黑素從少到多,，頭發(fā)會從淡黃到深棕,。理論上，任何天然發(fā)色都由這兩種黑色素的數(shù)量和比例決定,。比如北歐有很多金發(fā)美女,，她們的頭發(fā)中兩種黑色素的數(shù)量都很稀少。 “懂王”年輕時是棕黑發(fā)色啊,，看來這些年他的真黑素流失了不少,。左圖“懂王”時年42歲，右圖時年74歲（圖片來源：騰訊新聞） 下圖簡明地展示了染發(fā)的主要過程,，且聽我細細道來,。 永久性染發(fā)原理。所謂“永久性”是指清洗12次以上仍能保持發(fā)色,，還有更為簡單的臨時性染發(fā)（只含色素,，一次清洗）和半永久性染發(fā)（不含氨水，可能含氧化劑,，數(shù)次清洗）（圖片來源：labmuffin） 要想染藍黑色,，不能在黑發(fā)的基礎上直接染藍，必須先用雙氧水和氨水給頭發(fā)來個漂白,，把黑色素統(tǒng)統(tǒng)氧化,、褪色，再重新染上調(diào)配好的藍黑色染料,。事實上,，只要你想染的發(fā)色不是棕黃色系，漂白是完美呈現(xiàn)新發(fā)色的必備步驟,。 雙氧水大家都知道是常用的氧化劑,，能夠氧化掉黑色素，這很好理解，氨水是干啥用的呢,？原來,，剛剛提到的外皮層對色素分子的轉(zhuǎn)移具有很好的阻擋作用，有它在,，漂白過程會很慢,，而且效果不好。而氨水的強堿性能使原本緊密排列的角蛋白翹起,，像傘被打開一樣,，這樣外皮層便失去了對色素分子的阻擋作用。一方面雙氧水的氧化反應更容易發(fā)生,，另一方面很多黑色素分子直接從頭發(fā)中脫落,，可謂事半功倍。 （圖片來源：veer圖庫） 漂洗頭發(fā)要聞著刺鼻的氨水味,，還挺難熬的,，但這一步非常需要耐心。根據(jù)筆者多位女性朋友的經(jīng)驗,，漂洗得越徹底,，頭發(fā)越接近白色或淡黃色，后續(xù)染發(fā)效果才越好,，除非你的新發(fā)色需要棕黃作為底色,。美麗從來都不是容易的事情啊。 漂白完成,，下面就開始染色啦,。這時候，Tony老師會取出兩瓶東西,，將一黑一白兩坨泡沫擠到杯子里混合,，味道也非常刺鼻。沒錯,，里面還是有氨水和雙氧水的,。此時的染發(fā)膏看起來并不是你的目標色，不過沒關(guān)系,，Tony老師將它均勻涂到你的頭發(fā)上,，等30~60分鐘洗去、吹干,，即可得到一頭藍色的頭發(fā),。 染發(fā)哲學的化學原理 這個過程看似簡單，實則會發(fā)生非常復雜的化學反應,。染發(fā)的核心物質(zhì)有四個：中間體、偶聯(lián)劑、氧化劑（雙氧水）,、堿（氨水）,。 染色環(huán)節(jié)中，雙氧水和氨水主要作用是為新色素的生成提供氧化物及堿性條件,，促進化學反應的發(fā)生,。當然，這一步中它們?nèi)匀荒芷鸬揭欢ǖ钠鬃饔谩?/p> 真正的主角是中間體和偶聯(lián)劑,。中間體可謂是現(xiàn)代染發(fā)技術(shù)的靈魂,，主要是指對苯二胺（PPD）和它的親戚們。 常見中間體：對苯二胺PPD（左）,、對氨基苯酚（中）,、N,N-雙(2-羥乙基)對苯二胺（右） （圖片來源：自制） PPD染發(fā)劑的發(fā)明是染發(fā)工業(yè)第一塊也是最重要的基石。在此之前,，愛美的女士們只能用一些天然來源的動植物染料和礦物染料改變發(fā)色,，效果不持久，還經(jīng)常有重金屬中毒等未知的風險,。 19世紀中期,，英國化學家亨利·伯金和奧格斯特·霍夫曼從煤焦油中提取出一種接觸空氣后才會變色的染料分子——PPD。到了1909年,，法國化學家尤金·舒勒以PPD為核心成分,，首次發(fā)明出安全的商業(yè)染發(fā)劑。次年,，法國無害染發(fā)劑公司成立,，專門銷售PPD染發(fā)劑。這個公司你或許沒聽過,，但它日后發(fā)展成了大名鼎鼎的個人護理與美妝巨頭歐萊雅公司（L'Oreal）,。 PPD有兩重功能：第一，它對頭發(fā)外層的角蛋白有非常強的親和力,，能氧化角蛋白,，使色素分子更容易附著上；第二,，也是更為關(guān)鍵的功能是參與形成新色素,。 要形成新色素，PPD還需要好幫手偶聯(lián)劑,，后者負責把多個PPD分子串聯(lián)起來,，形成更大的分子。新的分子有更大的共軛體系,，吸收波長不同,，會產(chǎn)生不同的顏色,。下圖便以常用的偶聯(lián)劑間苯二酚為例，描述了新色素產(chǎn)生的化學反應,。 中間體與偶聯(lián)劑生成新色素分子的反應過程（圖片來源：Food and Chemical Toxicology） PPD首先被雙氧水氧化成醌二胺（QDI）,，接著醌二胺與偶聯(lián)劑間苯二酚反應成無色的中間體，繼續(xù)被雙氧水氧化,、與新的醌二胺反應,，形成各色吲哚苯胺類染料。隨著鏈長增加,，顏色會變得更深,。整套反應需要約30~60分鐘，這就是你為啥染發(fā)時要等這么久,。 偶聯(lián)劑的種類決定了新色素的顏色,，你可以從下圖中輕松找到目標發(fā)色所需的偶聯(lián)劑種類。例如,，你想染成藍黑色,，就需要2,4-二氨基苯氧基乙醇這一偶聯(lián)劑實現(xiàn)。 不同偶聯(lián)劑與PPD反應后形成的顏色（圖片來源：compound interest） 洗凈染發(fā)劑后,，再用弱酸性的護發(fā)素中和掉氨水,，讓頭發(fā)的角蛋白重新閉合，這樣新色素分子就被關(guān)在內(nèi)質(zhì)層,，插翅難逃,。有研究估算過，角蛋白層允許6 ?（1 ?等于0.1 nm）以內(nèi)的分子通過,，苯環(huán)分子直徑大約5 ?,，也就是說一旦角蛋白層閉合，絕大部分芳香族色素分子（遠大于苯環(huán)的尺寸）都難以通過,，這就達到了延長色彩維持時間的目的,。當然，這并不絕對,，頭發(fā)的角蛋白層不可能那么完美無缺,，堿性洗發(fā)水的使用也會加速色素分子流失。 到底為啥會擁有五彩斑斕的藍黑,？ 到這里我們弄明白了染發(fā)的主要原理和過程,，終于要揭曉藍黑色頭發(fā)的褪色之謎了，其實道理非常簡單,。在漂白那步,，筆者強調(diào)過，漂白是否徹底會影響染發(fā)的效果,。如果漂白效果不好或時間不夠,，頂著一頭明顯的黃發(fā)就進行染色,，就非常可能發(fā)生一系列“褪色事故”了,。 就如前面講到的,，不存在真正“永久”的染發(fā),，每次清洗多多少少都有藍黑色素分子流失,。隨著藍黑色素減少，漸漸遮擋不住本底黃色,，轉(zhuǎn)而與黃色混合出綠色,。藍色與黃色的比例不同，產(chǎn)生的綠色也不一樣,。當藍色退盡,，便只剩黃發(fā)了。 不完全漂白后染藍黑色的褪色過程（圖片來源：自制） 完全漂白后染藍黑色不會形成各種綠色（圖片來源：自制） 除了染發(fā)的顏色,，小伙伴們也非常關(guān)心的還有染發(fā)劑的安全性,。在與染發(fā)愛好者交流時，她們也常咨詢筆者安全性的問題,。不過嘴上說怕,，身體還是很誠實地去染了。顯然,，商業(yè)染發(fā)劑并不絕對安全,，過敏時有發(fā)生，損傷發(fā)質(zhì)更是大概率事件,，但致癌性尚無定論,。下表的建議希望可以幫助朋友們更安全地使用染發(fā)劑。 表：商業(yè)（永久性）染發(fā)劑的安全風險和應對措施 參考資料： 1. Toxicology of Hair Dyes. The Science of Hair Care, 2005, 313-349 2.Toxicity and human health risk of hair dyes. Food and Chemical Toxicology, 2004, 42, 517–543 3. Wikipedia 本文來自微信公眾號：科學大院（ID：kexuedayuan）,，作者：氘氘齋（清華大學化學博士） |
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