頭發保濕的科學

　　在人類的社交活動中，亮澤、柔順的頭發和優美的發型常常能給人賦予特有的魅力。因此。日常生活中的頭發護理顯得十分必要。在護膚領域中，保濕是一個廣為人知的概念，保濕技術可以說是護膚技術的基礎。同樣，頭發的保濕也是一個很容易為人接受的概念。然而，頭發保濕到底有沒有科學根據?保濕是否等于頭發中的高水含量?保濕究竟能給頭發帶來什么樣的美發護發效果?在本文中我們將會分析和討論這些問題。
　　
　　1、頭發中水含量的變化
　　
　　頭發是由三個部分組成的，由外到內分別為毛小皮(cuticle)、毛皮質(cortex)和毛髓質(medulla)。毛小皮是頭發的外表層，其作用是保護毛皮質，只占全部頭發的15％左右。毛皮質是頭發最主要的構成部分，它決定頭發的彈性、強度、色調與粗細。毛皮質部分的面積占頭發總截面的82％左右。如圖1所示，毛皮質由纖維束組成，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構賦予了頭發強韌的特征。毛髓質是頭發的中心部分，面積只占頭發總截面的3％左右。毛髓質對頭發的性質影響不大。
　　頭發的主要化學成分是角蛋白(keratin)，占頭發的65％到95％(根據頭發中水含量的不同而改變)。存在于角蛋白鏈內和鏈間的各種化學鍵起到賦予頭發強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。正因為如此，蛋白鏈內和鏈間的化學鍵包括：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)。
　　
　　頭發的另一重要成分就是水。頭發中水的含量受環境濕度的影響(圖3)，通常情況下占頭發總重量的6-15％，濕發中的水含量最大時可達35％左右。水的存在可以起到降低角蛋白鏈間氫鍵形成程度、從而使頭發變得柔軟的作用。這也是濕發比干發更易拉伸得原因(圖4)。當拉伸一根健康未受損的濕頭發時，它可以伸長30％左右，并且能在干燥后回復到原來的長度。
　　在日常生活中，燙發、漂白和染發都會在一定程度上損傷頭發。引起頭發化學損失的物質包括燙發劑(permanent waving agent)、直發劑(hair straightener)、染發劑(hair dye)和漂白劑(hair bleacher)等。這些化學物質都是通過穿透毛小皮進入毛皮質而起作用的。因此，毛小皮會首當其沖地受到損傷。毛小皮最外層的疏水性保護膜－脂肪酸層(F-layer)首先被分解而脫離，繼而毛小皮出現許多微小的空洞，最終毛小皮變得粗糙并容易出現剝蝕。同時，化學損失還可以造成頭發中蛋白質的分解和流失，使得頭發內部結構空洞化。其結果之一就是使得頭發變得對外界的環境濕度更為敏感。圖5比較未染過和染過頭發中水含量的變化?？梢钥闯?，當外界濕度從80％變為45％時，染過的頭發中的水分流失得更快，最終的水含量也更低。
　　
　　綜上所述，頭發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損傷程度的影響。
　　
　　2、頭發的保濕
　　
　　那么，頭發的保濕是否真地可行呢?換言之，能否通過使用護發成分而將頭發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：一是在頭發表面覆蓋上一層保護膜，通過封閉原理來減緩頭發中水分向外的滲透；二是使用可以和水分子有效結合的保濕劑，使得水分不易揮發。
　　
　　用于形成護發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)，可以均勻地在頭發表面展開，形成一層薄薄的保護層(圖6)，從而在一定程度上防止頭發中水分的揮發。圖7中的實驗結果演示含有硅油的護發產品對染后頭發中水含量的調控作用，即減少在低濕度條件下頭發內水分的流失。從圖中可見，當環境濕度從高(80％)轉為低(45％)時，只用洗發水洗過的頭發水分流失較快，最終的流失量較多；而經過含硅油的護發素護理后，則頭發中水分流失較慢，最終的流失量較少。
　　除護發膜外，在護膚領域常用的保濕劑如甘油等多醇類、有機酸類、氨基酸衍生物等也都可以起到減緩頭發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中水分的揮發效果比較明顯。當然，實際選擇使用何種保濕劑時還要考慮以下兩點：1)該保濕劑應該能夠有效地沉積和分布在頭發上；2)該保濕劑不能對頭發表面性能和手感起負面的作用。
　　
　　
　　3、頭發保濕的美發護發效果
　　
　　我們下面要討論的是頭發保濕對美發護發的影響。保濕不是目的，而是手段。通過保持一定的水分、防止頭發過度干燥，可以減少因濕度降低而造成的頭發靜電增加、亂發及毛燥等的發生幾率。還可以使得頭發感覺更加柔軟。
　　圖8是水含量對頭發形狀影響的模型圖。前面講過，頭發是由蛋白質組成的，而蛋白質之間的氫鍵就像鎖鏈一樣，對頭發的形狀起著決定性的作用。然而，蛋白質之間氫鍵的形成程度受頭發中水含量的影響很大。水分子可以輕易地打斷蛋白質之間的氫鍵。當一部分氫鍵被打斷后，頭發變得相對柔軟。如果能夠保持這一狀態，對頭發來說應該不是一件壞事。但問題是水分往往很容易揮發，此時氫鍵會重新形成。而如果在這一過程中頭發正在經歷外部的干擾(如睡覺時枕頭對頭發的壓迫等)，則發型會被固定在這種受干擾的狀態。結果是產生不理想的發型和頭發狀態，如亂發和毛燥等。因此，能夠保持頭發內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中水分的揮發，則可將頭發形狀保持在一個比較理想的狀態，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中所占的比例。圖10顯示一組測試結果的例子。可以看出，左圖中的頭發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，頭發中毛燥所占的比例越小。
　　下面就讓我們來看看硅油護發保濕膜對毛燥的影響。圖11分別給出三個不同的頭發表面的電鏡圖像，即沒有護發膜覆蓋的受損頭發、有1.5納米厚度護發膜覆蓋的頭發以及6.7納米護發膜覆蓋的頭發。圖12則是這三類不同頭發的毛燥測試結果。從數據可見，護發膜對防止毛燥的產生有明顯的效果，且護發膜的厚度約大則效果越好。
　　
　　我們再來看保濕對頭發柔軟度的影響。前面說過，頭發中的水含量高則角蛋白內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越柔軟。這一點可以通過圖14中保濕劑對頭發彎曲剛度影響的實驗數據得以證明。圖中結果表示，保濕劑有明顯的降低頭發彎曲剛度的作用。
　　最后，我們再來探討—下消費者所訴求的頭發保濕感與技術上的保濕(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者對頭發保濕程度的感覺。圖中數據顯示，80％相對濕度下頭發的水含量是15％濕度下的兩倍以上。然而，絕大多數的消費者卻認為15％濕度下的頭發更為“保濕”?？梢?，消費者所說的保濕并不等于頭發中的高水含量。事實上，消費者所說的保濕往往是指頭發更順滑、不粗糙。這恰恰是疏水性的頭發表面所具有的特征，往往是由護發產品中所用的硅油或陽離子護發劑所帶來的。
　　
　　綜上所述，技術意義上的頭發保濕可以給頭發帶來無毛燥、柔軟等良好的效果。然而，它與消費者所說的頭發保濕的感覺并不一定是一回事。在設計產品技術時，應針對該產品的目標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