【技术交流】阳离子表面活性剂 VS 护发

2016.12.21

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头发纤维是由中心皮质和表皮组成。在洗头、梳理、染发、漂白或者烫发过程中，都会使头发受到损伤。

1、头发的损伤

随着时间的推移，头发不可避免地会因外界因素的影响而受到损伤，从而发生物理化学性质上的变化。有研究表明，当用同等的力来拉相同数量的头发时，拉断远离发根31~40厘米处的旧发所需的时间只是新发（1~10厘米处）的30%左右。可见头发的拉伸强度随着发龄的增长而明显减弱。

造成头发损伤的外界因素是多种多样的，大致可以分为几种。

1）物理损伤：主要是指外力对头发造成的损伤。

2）化学损伤：是指由发生在头发中的化学反应引起的头发损伤。在日常的美发过程中，烫发、漂白和染发都在一定程度上损伤头发。而引起化学反应的物质包括烫发剂、直发剂、染发剂和漂白剂等。这些化学物质都是通过穿透毛小皮进入毛皮质而起作用的。因此，毛小皮会首当其冲地受到损伤。毛小皮最外层的疏水性保护膜—18-MEA(18-Methyl Eicosanoic Acid)脂肪酸层(也叫F-layer)首先被分解而脱离，继而毛小皮出现许多微小的空洞，最终毛小皮变得粗糙并容易出现剥蚀。化学损伤后的头发因失去了最外层的疏水性保护膜，表面变得比较亲水且带更多的负电荷。

3）热损伤：是指热吹风或电烫时温度过高而引起的头发损伤。

4）日光损伤及气候老化：日光中的紫外线辐射也可引起头发结构的变化和光降解。除日光外，其它一些环境因素如多雨和潮湿、海水及汗液中的盐类、游泳池中的化学物质、空气污染等都可能对头发造成一定程度的损伤。因这类因素而引起的头发损伤统称为头发的气候老化。

受过损伤的头发可能会感觉“没有光泽”、“发硬”、“粗糙”、“不易梳理、易断发”等。总之，头发的损伤会严重影响美观，为人们的生活带来烦恼，甚至直接影响人们的心理健康状况。

从生物学意义来讲，头发从头皮毛囊长出后即已成为死亡的细胞，因此任何损伤都是永久性的、不可修复的。

2、护发的意义

既然头发没有生命，不会吸收营养，那美发店说给头发做营养，是忽悠人了？洗发水、护发素、发膜，还有没有用？

头发确实不能吸收营养。但这并不意味着洗发水和护发素毫无作用。衣服脏了，撒点洗衣粉洗得更干净，干净就是洗衣粉的效果。皮鞋擦上油，光亮如新，光亮就是鞋油的作用。皮鞋吸收了鞋油的一些成分，但你不会说皮鞋吸收了营养。

头发乃已死之物，初生之时即是巅峰状态，此后的漫漫岁月里，其实是一步步走向残破。头发不可自我修复，也很难人工修复，因而人类穷尽种种生化手段，不过是尽量延缓头发的破败速度罢了，洗发水、护发素、发膜……莫不如是。

这就是洗发水和护发素的作用。常用的护发有效成分包括阳离子表面活性剂、硅油及其它油脂类等。

3、护发素的作用：

雨潇先强调一点：毛鳞片受损翘起后，很难恢复到初始闭合的状态，护发素也很难让其闭合。

护发素的基本原理有三点：

1.保护膜。护发成分附着在发丝表面，将小坑小沟什么的都填平，给头发穿上一层疏水性保护膜。让头发顺滑流畅，还能避免外界的磨损，可以减少发丝里蛋白质和水分的流失。有些人头发的毛鳞片几乎掉光了，但看起来仍然是乌黑光亮的一头秀发，这伪装效果就来自保护膜。——没了毛鳞片，请做好迎接头发分叉、断裂的准备吧。

2.保湿剂。一些有机酸和多醇类物质，能够附着在头发表面或渗入内部，起到保湿的作用。

保护膜和保湿剂，这两点是护发素的必备技能。

3.补充皮质层。烫染过的头发往往受损比较重，皮质层的蛋白纤维体可能这儿丢一块那儿丢一块。有一些氨基酸、水解蛋白可以补充上去，不是简单的物理吸附，而是通过化学键结合在一起。

而在头发护理的原料里面，阳离子表面活性剂在护发领域以温和、有效的而占有重要的作用。

4、阳离子表面活性剂“修复”头发的原理

如前所述，头发毛小皮最外层有一层天然生成的疏水性保护膜—18-MEA。然而，当头发受到损伤（特别是化学损伤）后，则会失去18-MEA而使表面变得比较亲水﹑且带更多的负电荷。未受损伤的头发与人体皮肤相比更加疏水。而染过的头发疏水性变得与皮肤很接近，因而与皮肤之间的相互吸引作用增强，使得头发摸上去不顺滑﹑手感不好。同时，相对亲水的头发之间相互作用也会增强，变得不易梳理。那么，怎样才能有效地恢复头发表面的疏水性呢？

阳离子表面活性剂是一个修复头发表面疏水性的有力候选。首先，阳离子表面活性剂有着带正电荷的头基，正好可以与带负电的头发表面通过正负离子的相互吸引而有效地附着。另外，阳离子表面活性剂带有长链烷基（一般在C₁₆～C₂₂范围），可以起到与18-MEA类似的疏水效果。因此，同时具有这两大特征的阳离子表面活性剂可以说是替代18-MEA的一个理想选择。当然，具有不同化学结构的阳离子表面活性剂，其效果也不尽相同。

5、阳离子表面活性剂对头发“修复”效果的比较

阳离子表面活性剂有许多种类，包括含双链烷基以及酯基结构的。本文只对不同烷基链长的三甲基氯化铵和（用酸中和的）酰胺丙基二甲胺类阳离子表面活性剂进行比较，包括十六烷基三甲基氯化铵﹑十八烷基三甲基氯化铵﹑二十二烷基三甲基氯化铵﹑十八酸酰胺丙基二甲胺和二十二酸酰胺丙基二甲胺。

表2中给出了这几种阳离子表面活性剂的基本分子结构及其理论上的最大分子长度。同时列出了几种阳离子表面活性剂1%水-异丙醇溶液对头发表面能的降低效果（越低说明表面越疏水）以及减小表面摩擦力的效果。从表中的数据可见，在同类（三甲基氯化铵或酰胺丙基二甲胺）比较中，表面能和表面摩擦力都随着分子长度的增加而降低（图4）。换言之，阳离子表面活性剂的分子越长，其修复表面疏水性和降低表面磨擦力的效果越好。碳链长度对于疏水性的贡献比较容易理解。而其对摩擦力的效果则可以解释为：阳离子表面活性剂的分子越长，其在头发表面形成的分子润滑膜越厚，从而可以更有效地降低摩擦力（图5）。综合来看，二十二烷表面活性剂﹑特别是具有最长分子长度的二十二酸酰胺丙基二甲胺有最为理想的头发修复效果。此外，与较短碳链的阳离子表面活性剂相比，二十二烷基的阳离子表面活性剂在温和性上也有一定的优势。然而另一方面，由于二十二烷基的阳离子表面活性剂相对成本较高，在一定程度上限制了其应用的前景。