物理環(huán)境對(duì)人發(fā)結(jié)構(gòu)特性的影響研究

劉開達(dá)，劉 雙

（1大連市育明高級(jí)中學(xué)，遼寧 大連 116023；2大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116023）

完整的頭發(fā)，其外觀是近圓柱形細(xì)絲狀。仔細(xì)觀察，可見根端較大，末端纖細(xì)。頭發(fā)是皮膚的附屬器官，分為毛根和毛干兩部分。埋在皮膚里的部分為毛根，它是毛發(fā)的根部，被毛囊所包圍；皮膚以外，露出部位稱毛干，其中毛干的游離末端為毛尖［1］。我們通常所說的頭發(fā)其實(shí)是指毛干部分。人發(fā)發(fā)質(zhì)的好壞取決于人發(fā)結(jié)構(gòu)與組分的完整性，即與其外部形貌、表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部組分都是密不可分的。文章研究了電吹風(fēng)、紫外線照射等物理環(huán)境對(duì)人發(fā)形態(tài)結(jié)構(gòu)、直徑、斷裂力的影響，以期為美發(fā)與護(hù)發(fā)、毛紡等行業(yè)提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器：

光學(xué)顯微鏡 （Eclipse 80i型，Nikon Instruments inc.），鈉光燈（GP20Na低壓鈉光燈源，浙江光學(xué)儀器廠），電子式拉力試驗(yàn)機(jī)（LD－5型，長春科新試驗(yàn)儀器有限公司），電吹風(fēng)，紫外線照射裝置。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)材料：

從同一身體健康的漢族女青年處取得未經(jīng)任何處理的45根頭發(fā)，清洗后自然晾干備用。取0.1g頭發(fā)用電吹風(fēng)進(jìn)行吹拂記為電吹風(fēng)組。將電吹風(fēng)通電后選至熱風(fēng)檔對(duì)頭發(fā)進(jìn)行吹拂，每次吹拂10分鐘，共進(jìn)行3次。

取0.1g頭發(fā)用紫外線照射記為紫外線組。先將頭發(fā)放置于搭建的紫外線照射裝置內(nèi)，然后接通電源對(duì)頭發(fā)進(jìn)行照射，持續(xù)8小時(shí)。此過程要注意接通電源后盡量避免眼睛對(duì)紫外線照射燈的直視，同時(shí)將遮擋簾及時(shí)放下，以避免紫外線對(duì)人眼造成的傷害。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用劈尖干涉法測(cè)量毛發(fā)直徑。該方法原理如圖1所示，K為視場(chǎng)內(nèi)暗條紋的數(shù)目，D為毛發(fā)的直徑，λ／2為兩相鄰暗條紋對(duì)應(yīng)的空氣層厚度差，a為兩相鄰暗條紋的間距，L為發(fā)絲與劈尖棱邊的距離。［2－3］

圖1 劈尖干涉法測(cè)定毛發(fā)直徑

毛發(fā)直徑可表示為：

一般來說K值較大，為避免計(jì)數(shù)K出現(xiàn)差錯(cuò)，可先測(cè)出長度l間的干涉條紋數(shù)x，以及發(fā)絲與劈尖棱邊的距離為L，得到公式：

λ為鈉光燈波長（589nm）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 物理環(huán)境對(duì)頭發(fā)表面微觀結(jié)構(gòu)的影響

利用光學(xué)顯微鏡200倍及400倍的放大倍率，觀察放置于不同物理環(huán)境頭發(fā)表面的微觀結(jié)構(gòu)，如圖2所示：

圖2 頭發(fā)表面微觀結(jié)構(gòu)

由頭發(fā)表面微觀結(jié)構(gòu)可見，使用電吹風(fēng)熱風(fēng)吹干30分鐘、紫外線照射8小時(shí)后，頭發(fā)均出現(xiàn)毛鱗片輪廓模糊、多處翹起及脫落的情況。經(jīng)過電吹風(fēng)吹干的頭發(fā)表面雖有毛鱗片翹起和脫落的狀況，但是鱗片輪廓比較清晰，而經(jīng)過紫外線長時(shí)間照射的頭發(fā)除了鱗片翹起之外顏色也略微偏黃。頭發(fā)因電吹風(fēng)的熱空氣而遭受熱降解作用時(shí)，其關(guān)鍵是毛鱗片、皮質(zhì)、細(xì)胞間結(jié)合物和晶體界面的結(jié)構(gòu)變化［4］。當(dāng)溫度快速升高時(shí)，外層毛鱗片迅速收縮而內(nèi)層和皮質(zhì)部分均維持原有的膨脹狀態(tài)，這種內(nèi)外的不協(xié)調(diào)極易產(chǎn)生頭發(fā)裂紋。相反，頭發(fā)表面溫度以較慢的速度升高，毛鱗片和皮質(zhì)的收縮處于同步狀態(tài)，裂紋形成幾乎為零。因此電吹風(fēng)會(huì)引起頭發(fā)的熱降解，頭發(fā)表面溫度過高，會(huì)導(dǎo)致頭發(fā)色團(tuán)的分解 和頭發(fā)纖維的損傷甚至枯焦［5］。高溫可導(dǎo)致毛鱗片產(chǎn)生大量的熱斷裂，在高溫條件下進(jìn)行梳理更可導(dǎo)致毛鱗片大量缺失。圖片中毛鱗片翹起、缺失、排列不緊密，正是周期性應(yīng)力作用下毛鱗片扭曲的主要形狀，特別是熱應(yīng)力和張應(yīng)力聯(lián)合作用的結(jié)果，而經(jīng)過紫外線照射后頭發(fā)顏色的改變也正是頭發(fā)光降解造成的。

2.2 物理環(huán)境對(duì)頭發(fā)直徑的影響

利用劈尖干涉法分別測(cè)量不同物理環(huán)境對(duì)頭發(fā)直徑的影響如表1所示。由表1可以看出，電吹風(fēng)組、紫外線組的直徑均比未處理組大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頭發(fā)的角蛋白被加熱，進(jìn)入頭發(fā)的水分迅速蒸發(fā)，頭發(fā)中的自由水和結(jié)合水也迅速損失，結(jié)合水的迅速丟失可能引起皮質(zhì)內(nèi)形態(tài)學(xué)的改變。實(shí)驗(yàn)中用到的幾種干燥方法均對(duì)頭發(fā)所處的溫度進(jìn)行了升高的改變，造成頭發(fā)內(nèi)的水分流失，引起毛鱗片的翹起，而加熱更有利于毛鱗片張開，導(dǎo)致毛鱗片大量翹起，因此直徑變大。其中電吹風(fēng)的高溫?zé)犸L(fēng)是近距離吹拂于頭發(fā)表面，加之在風(fēng)力的作用下，頭發(fā)之間相互摩擦，因此對(duì)頭發(fā)毛鱗片有一定的損傷，所以直徑增大比較明顯；紫外線雖然也會(huì)使周圍溫度升高，但是并沒有電吹風(fēng)對(duì)溫度影響大，而由于頭發(fā)的基本組成是蛋白質(zhì)，頭發(fā)在紫外線的作用下，通過理化反應(yīng)，造成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，因此會(huì)使頭發(fā)的直徑較未經(jīng)任何處理時(shí)產(chǎn)生比較明顯的改變。

表1 用劈尖干涉測(cè)量不同物理環(huán)境對(duì)頭發(fā)直徑的影響

2.3 物理環(huán)境對(duì)頭發(fā)拉伸性能的影響

測(cè)試了物理環(huán)境對(duì)頭發(fā)斷裂力影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

表2 物理環(huán)境對(duì)頭發(fā)斷裂力的影響

從表2中可以看出，經(jīng)過電吹風(fēng)和紫外線處理，頭發(fā)的斷裂力較未經(jīng)任何處理的情況下均明顯減小。在熱風(fēng)條件下，由于溫度改變較大，頭發(fā)內(nèi)層和皮質(zhì)部分形成一種內(nèi)部的正高壓，高溫下外層毛鱗片迅速脫水使得彈性下降，因而易發(fā)生斷裂，同時(shí)，外層毛鱗片由于剝蝕作用失去天然彈性，較低的頭發(fā)膨脹應(yīng)力也更易導(dǎo)致斷裂的發(fā)生，因而會(huì)出現(xiàn)斷裂力減小的情況。在紫外線照射條件下，雖然并沒有較高的溫差改變，但是頭發(fā)蛋白質(zhì)中的氨基酸在紫外線的作用下，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，使細(xì)胞變得易碎，也會(huì)使斷裂力減小。

頭發(fā)在高溫條件下，外層干燥較快，其收縮較內(nèi)層和皮質(zhì)更快，頭發(fā)內(nèi)層和皮質(zhì)部分的膨脹壓力形成一種內(nèi)部的正高壓的周圍張應(yīng)力［6］，這會(huì)使得頭發(fā)的彈性降低，在電吹風(fēng)高溫條件下，水分迅速流失也會(huì)導(dǎo)致頭發(fā)外層彈性的下降。而由于頭發(fā)基本組成的纖維蛋白屬于角蛋白家族，它由多種不同的氨基酸組成。頭發(fā)在紫外線尤其是低波段的作用下，會(huì)產(chǎn)生一系列理化反應(yīng)。特殊的氮基酸氧化作用，特別是從胱胺酸氧化為半胱胺酸的反應(yīng)，可導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，產(chǎn)生交叉反應(yīng)，而使頭發(fā)纖維失去彈性［7］，因此即使經(jīng)過紫外線照射的頭發(fā)在溫度條件上并沒有明顯上升，依舊會(huì)使彈力下降。

3 結(jié) 論

使用電吹風(fēng)對(duì)頭發(fā)進(jìn)行處理的過程中，熱風(fēng)的高溫會(huì)使頭發(fā)受到高溫的熱降解作用以及頭發(fā)內(nèi)部壓力的改變，造成毛鱗片大量的扭曲、斷裂甚至缺失，同時(shí)會(huì)對(duì)頭發(fā)的彈性等性質(zhì)也造成不良的影響；使用紫外線照射頭發(fā)，也會(huì)對(duì)頭發(fā)造成一定的損傷。因此，在日常生活中，應(yīng)盡量避免頭發(fā)長時(shí)間處于高溫物理環(huán)境中的情況發(fā)生。對(duì)洗后未干的頭發(fā)盡可能使其自然晾干，如需使用電吹風(fēng)也盡量選擇冷風(fēng)進(jìn)行吹干，如必需使用熱風(fēng)吹發(fā)，也應(yīng)盡量縮短吹發(fā)的時(shí)間；日常外出如需長時(shí)間暴露于陽光下，不但要對(duì)皮膚采取防曬措施，也應(yīng)該通過遮陽傘或防曬帽對(duì)頭發(fā)進(jìn)行一定的防曬工作。

［1］ 王利利，彭建軍，胡詩佳.毛發(fā)微觀結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與技術(shù)發(fā)展［J］.野生動(dòng)物雜志，2008，29（6）：322.

［2］ 劉建曉，殷春英.計(jì)算機(jī)模擬光波的干涉［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，06：3－5.

［3］ 柴學(xué)平，楊遠(yuǎn)平.干涉現(xiàn)象中能量疊加的實(shí)驗(yàn)研究［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，04：32－35.

［4］ McMullen R，Jachowicz J.Thermal degradation of hair.Effect of curling irons［J］.J Cosmet Sci，1998，49：223.

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［6］ 高飛，金錫鵬.物理性因素對(duì)頭發(fā)的影響［J］.日用化學(xué)品科學(xué)，2000，8（23）：6－10.

［7］ 張?zhí)?，王學(xué)民.紫外線對(duì)頭發(fā)的損傷以及防曬免洗護(hù)發(fā)素的修護(hù)作用［J］.中華醫(yī)學(xué)美學(xué)美容雜志，2009，6（15）：211－213.