頭發(fā)保濕的科學(xué)

　　在人類的社交活動中，亮澤、柔順的頭發(fā)和優(yōu)美的發(fā)型常常能給人賦予特有的魅力。因此。日常生活中的頭發(fā)護(hù)理顯得十分必要。在護(hù)膚領(lǐng)域中，保濕是一個廣為人知的概念，保濕技術(shù)可以說是護(hù)膚技術(shù)的基礎(chǔ)。同樣，頭發(fā)的保濕也是一個很容易為人接受的概念。然而，頭發(fā)保濕到底有沒有科學(xué)根據(jù)?保濕是否等于頭發(fā)中的高水含量?保濕究竟能給頭發(fā)帶來什么樣的美發(fā)護(hù)發(fā)效果?在本文中我們將會分析和討論這些問題。
　　
　　1、頭發(fā)中水含量的變化
　　
　　頭發(fā)是由三個部分組成的，由外到內(nèi)分別為毛小皮(cuticle)、毛皮質(zhì)(cortex)和毛髓質(zhì)(medulla)。毛小皮是頭發(fā)的外表層，其作用是保護(hù)毛皮質(zhì)，只占全部頭發(fā)的15％左右。毛皮質(zhì)是頭發(fā)最主要的構(gòu)成部分，它決定頭發(fā)的彈性、強(qiáng)度、色調(diào)與粗細(xì)。毛皮質(zhì)部分的面積占頭發(fā)總截面的82％左右。如圖1所示，毛皮質(zhì)由纖維束組成，而纖維束的最小單位是三根擰在一起的α-角蛋白原纖維。正是這種纖維束的結(jié)構(gòu)賦予了頭發(fā)強(qiáng)韌的特征。毛髓質(zhì)是頭發(fā)的中心部分，面積只占頭發(fā)總截面的3％左右。毛髓質(zhì)對頭發(fā)的性質(zhì)影響不大。
　　頭發(fā)的主要化學(xué)成分是角蛋白(keratin)，占頭發(fā)的65％到95％(根據(jù)頭發(fā)中水含量的不同而改變)。存在于角蛋白鏈內(nèi)和鏈間的各種化學(xué)鍵起到賦予頭發(fā)強(qiáng)度及維持形狀的作用。而角蛋白是氯基酸的聚合物。是由十幾種氨基酸組成的。正因?yàn)槿绱耍鞍祖渻?nèi)和鏈間的化學(xué)鍵包括：酰胺鍵(amide bond)或多肽鍵(peptide bond)、二硫鍵(disulfide bond)、離子鍵(ion bond)或鹽鍵(salt bond)和氫鍵(hydrogen bond)(圖2)。
　　
　　頭發(fā)的另一重要成分就是水。頭發(fā)中水的含量受環(huán)境濕度的影響(圖3)，通常情況下占頭發(fā)總重量的6-15％，濕發(fā)中的水含量最大時可達(dá)35％左右。水的存在可以起到降低角蛋白鏈間氫鍵形成程度、從而使頭發(fā)變得柔軟的作用。這也是濕發(fā)比干發(fā)更易拉伸得原因(圖4)。當(dāng)拉伸一根健康未受損的濕頭發(fā)時，它可以伸長30％左右，并且能在干燥后回復(fù)到原來的長度。
　　在日常生活中，燙發(fā)、漂白和染發(fā)都會在一定程度上損傷頭發(fā)。引起頭發(fā)化學(xué)損失的物質(zhì)包括燙發(fā)劑(permanent waving agent)、直發(fā)劑(hair straightener)、染發(fā)劑(hair dye)和漂白劑(hair bleacher)等。這些化學(xué)物質(zhì)都是通過穿透毛小皮進(jìn)入毛皮質(zhì)而起作用的。因此，毛小皮會首當(dāng)其沖地受到損傷。毛小皮最外層的疏水性保護(hù)膜－脂肪酸層(F-layer)首先被分解而脫離，繼而毛小皮出現(xiàn)許多微小的空洞，最終毛小皮變得粗糙并容易出現(xiàn)剝蝕。同時，化學(xué)損失還可以造成頭發(fā)中蛋白質(zhì)的分解和流失，使得頭發(fā)內(nèi)部結(jié)構(gòu)空洞化。其結(jié)果之一就是使得頭發(fā)變得對外界的環(huán)境濕度更為敏感。圖5比較未染過和染過頭發(fā)中水含量的變化。可以看出，當(dāng)外界濕度從80％變?yōu)?5％時，染過的頭發(fā)中的水分流失得更快，最終的水含量也更低。
　　
　　綜上所述，頭發(fā)中的水含量是可變的。它隨外界濕度而變，而其變化幅度會受頭發(fā)損傷程度的影響。
　　
　　2、頭發(fā)的保濕
　　
　　那么，頭發(fā)的保濕是否真地可行呢?換言之，能否通過使用護(hù)發(fā)成分而將頭發(fā)中的水分含量保持在一個較高的水平呢?回答是肯定的。方法主要有兩個：一是在頭發(fā)表面覆蓋上一層保護(hù)膜，通過封閉原理來減緩頭發(fā)中水分向外的滲透；二是使用可以和水分子有效結(jié)合的保濕劑，使得水分不易揮發(fā)。
　　
　　用于形成護(hù)發(fā)膜最常見的成分就是硅油。由于硅油具有極低的表面張力(16-20mN/m)，可以均勻地在頭發(fā)表面展開，形成一層薄薄的保護(hù)層(圖6)，從而在一定程度上防止頭發(fā)中水分的揮發(fā)。圖7中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果演示含有硅油的護(hù)發(fā)產(chǎn)品對染后頭發(fā)中水含量的調(diào)控作用，即減少在低濕度條件下頭發(fā)內(nèi)水分的流失。從圖中可見，當(dāng)環(huán)境濕度從高(80％)轉(zhuǎn)為低(45％)時，只用洗發(fā)水洗過的頭發(fā)水分流失較快，最終的流失量較多；而經(jīng)過含硅油的護(hù)發(fā)素護(hù)理后，則頭發(fā)中水分流失較慢，最終的流失量較少。
　　除護(hù)發(fā)膜外，在護(hù)膚領(lǐng)域常用的保濕劑如甘油等多醇類、有機(jī)酸類、氨基酸衍生物等也都可以起到減緩頭發(fā)中水含量降低的作用。其中如L-吡咯烷酮-5-羧酸鈉等對減緩頭發(fā)中水分的揮發(fā)效果比較明顯。當(dāng)然，實(shí)際選擇使用何種保濕劑時還要考慮以下兩點(diǎn)：1)該保濕劑應(yīng)該能夠有效地沉積和分布在頭發(fā)上；2)該保濕劑不能對頭發(fā)表面性能和手感起負(fù)面的作用。
　　
　　
　　3、頭發(fā)保濕的美發(fā)護(hù)發(fā)效果
　　
　　我們下面要討論的是頭發(fā)保濕對美發(fā)護(hù)發(fā)的影響。保濕不是目的，而是手段。通過保持一定的水分、防止頭發(fā)過度干燥，可以減少因濕度降低而造成的頭發(fā)靜電增加、亂發(fā)及毛燥等的發(fā)生幾率。還可以使得頭發(fā)感覺更加柔軟。
　　圖8是水含量對頭發(fā)形狀影響的模型圖。前面講過，頭發(fā)是由蛋白質(zhì)組成的，而蛋白質(zhì)之間的氫鍵就像鎖鏈一樣，對頭發(fā)的形狀起著決定性的作用。然而，蛋白質(zhì)之間氫鍵的形成程度受頭發(fā)中水含量的影響很大。水分子可以輕易地打斷蛋白質(zhì)之間的氫鍵。當(dāng)一部分氫鍵被打斷后，頭發(fā)變得相對柔軟。如果能夠保持這一狀態(tài)，對頭發(fā)來說應(yīng)該不是一件壞事。但問題是水分往往很容易揮發(fā)，此時氫鍵會重新形成。而如果在這一過程中頭發(fā)正在經(jīng)歷外部的干擾(如睡覺時枕頭對頭發(fā)的壓迫等)，則發(fā)型會被固定在這種受干擾的狀態(tài)。結(jié)果是產(chǎn)生不理想的發(fā)型和頭發(fā)狀態(tài)，如亂發(fā)和毛燥等。因此，能夠保持頭發(fā)內(nèi)部的水含量才是最理想的。如果能像圖9所示那樣，通過使用保濕劑減緩頭發(fā)中水分的揮發(fā)，則可將頭發(fā)形狀保持在一個比較理想的狀態(tài)，即不亂且無毛燥。
　　
　　毛燥的定量測試可通過圖像分析法來完成。通過此法可測出毛燥在整體頭發(fā)中所占的比例。圖10顯示一組測試結(jié)果的例子?？梢钥闯?，左圖中的頭發(fā)中毛燥所占的比例較高，而右圖中的毛燥含量相對較低。這一差異可以通過電腦軟件來定量。一般來說，保濕效果越好，頭發(fā)中毛燥所占的比例越小。
　　下面就讓我們來看看硅油護(hù)發(fā)保濕膜對毛燥的影響。圖11分別給出三個不同的頭發(fā)表面的電鏡圖像，即沒有護(hù)發(fā)膜覆蓋的受損頭發(fā)、有1.5納米厚度護(hù)發(fā)膜覆蓋的頭發(fā)以及6.7納米護(hù)發(fā)膜覆蓋的頭發(fā)。圖12則是這三類不同頭發(fā)的毛燥測試結(jié)果。從數(shù)據(jù)可見，護(hù)發(fā)膜對防止毛燥的產(chǎn)生有明顯的效果，且護(hù)發(fā)膜的厚度約大則效果越好。
　　
　　我們再來看保濕對頭發(fā)柔軟度的影響。前面說過，頭發(fā)中的水含量高則角蛋白內(nèi)和角蛋白間的氫鍵形成程度低。而如圖13所演示的，氫鍵形成程度越低則頭發(fā)越柔軟。這一點(diǎn)可以通過圖14中保濕劑對頭發(fā)彎曲剛度影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得以證明。圖中結(jié)果表示，保濕劑有明顯的降低頭發(fā)彎曲剛度的作用。
　　最后，我們再來探討—下消費(fèi)者所訴求的頭發(fā)保濕感與技術(shù)上的保濕(高含水量)是否等同呢?答案是否定的。圖15表示的是在不同濕度下消費(fèi)者對頭發(fā)保濕程度的感覺。圖中數(shù)據(jù)顯示，80％相對濕度下頭發(fā)的水含量是15％濕度下的兩倍以上。然而，絕大多數(shù)的消費(fèi)者卻認(rèn)為15％濕度下的頭發(fā)更為“保濕”?？梢?，消費(fèi)者所說的保濕并不等于頭發(fā)中的高水含量。事實(shí)上，消費(fèi)者所說的保濕往往是指頭發(fā)更順滑、不粗糙。這恰恰是疏水性的頭發(fā)表面所具有的特征，往往是由護(hù)發(fā)產(chǎn)品中所用的硅油或陽離子護(hù)發(fā)劑所帶來的。
　　
　　綜上所述，技術(shù)意義上的頭發(fā)保濕可以給頭發(fā)帶來無毛燥、柔軟等良好的效果。然而，它與消費(fèi)者所說的頭發(fā)保濕的感覺并不一定是一回事。在設(shè)計產(chǎn)品技術(shù)時，應(yīng)針對該產(chǎn)品的目標(biāo)性能而選擇使用保濕劑或其它提供“保濕”感覺的成分。
　　
　　編輯　林