宋慧君，梅洪穩(wěn)，劉麗嬌，蘇國鑫，曹建峰

（河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 450007）

目前，市場上銷售的染發(fā)產(chǎn)品以氧化型染發(fā)劑（合成染發(fā)劑）為主，也有少數(shù)添加微量植物色素作為天然成分或者顏色調(diào)節(jié)劑。氧化型染發(fā)劑常用的染色中間體有對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、對氨基苯酚及其衍生物，長期使用會危害人們的身體健康。近代科學(xué)研究表明，多發(fā)性骨髓瘤、皮膚癌的發(fā)生與含苯二胺染發(fā)劑的長期使用、職業(yè)接觸有關(guān)[1-2]。

訶子色素是從訶子果中提取的天然染料，具有良好的生物降解性，無毒、無害，對皮膚無過敏、不致癌，還具有藥物保健功能及良好的抗紫外線性能[3-4]。目前，天然染料在紡織品染色中的應(yīng)用研究較多[5-7]，但天然染料在頭發(fā)染色中的應(yīng)用研究較少。頭發(fā)的結(jié)構(gòu)與羊毛類似，頭發(fā)的毛干部分從外至內(nèi)可分為角質(zhì)層、皮質(zhì)層和髓質(zhì)層3層，其中，角質(zhì)層中含有大量的高硫蛋白，結(jié)構(gòu)緊密，能抵御機(jī)械拉伸、摩擦、日曬、水洗等各種外界損傷，對頭發(fā)具有保護(hù)作用，又稱為鱗片層[8]。由于頭發(fā)鱗片層結(jié)構(gòu)緊密，造成染色時染料大分子從頭發(fā)表面向內(nèi)部擴(kuò)散困難。羊毛染色時，可以通過升高染色溫度使鱗片層膨化，從而有利于染料從纖維表面向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，但頭發(fā)在染色溫度超過50 ℃時，人體會有不適感。本研究通過微堿性條件和膨化劑的協(xié)同作用使頭發(fā)的鱗片層有效膨化，使天然色素分子能夠順利通過鱗片層到達(dá)皮質(zhì)層，以獲得良好的色牢度及較高的得色量。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料：白頭發(fā)（本人及同事提供）；30%雙氧水、冰醋酸、碳酸氫鈉、碳酸鈉、無水硫酸鈉（分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司），膨化劑A（自制），雙氧水活化劑（工業(yè)級，廣東德美精細(xì)化工股份有限公司），硫酸亞鐵（分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司），訶子色素（食品級，粉狀，太原永耀生物科技有限公司），力士洗發(fā)乳、力士精華素[聯(lián)合利華（中國）有限公司]。

儀器：Quanta 250 掃描電子顯微鏡（捷克FEI 公司），HD021NS 電子單紗強(qiáng)力儀（南通宏大實驗儀器有限公司），HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州市國立實驗設(shè)備研究所），PHS-25型pH計（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司），CE7000A 型SCT 染料紡織品測色配色儀（沈陽彩普科技有限公司）。

1.2 染色工藝

1.2.1 工藝配方

預(yù)處理：H2O25%、膨化劑A 10%、雙氧水活化劑0.5%、10%的羥乙基纖維原糊53%，用碳酸鈉調(diào)pH為9。

媒染：膨化劑A 10%、硫酸亞鐵2%、10%羥乙基纖維原糊53%。

染色：訶子色素1%、2%、3%、4%、5%、6%，硫酸鈉1%、2%、3%、4%、5%、6%，10%羥乙基纖維原糊53%，膨化劑A 10%，pH=5、6、7、8、9。

1.2.2 工藝流程

將預(yù)處理劑均勻地抹在頭發(fā)上，用保鮮膜密封，置于燒杯中，放入45 ℃恒溫水浴鍋中處理50 min后，用水洗凈。然后將媒染劑均勻地抹在頭發(fā)上，用保鮮膜密封，置于燒杯中，放入45 ℃恒溫水浴鍋中處理30 min 后，用水洗凈，再將染色劑均勻地抹在頭發(fā)上，用保鮮膜密封，置于燒杯中，放入45 ℃恒溫水浴鍋中處理一段時間。最后用水洗凈，晾干。

1.3 測試

拉伸性能：用電子單紗強(qiáng)力儀測定頭發(fā)的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率，每組試樣測試10次，取平均值。

顏色特征值：用測色配色儀測定，采用D65光源和10°觀察角，每份試樣測4次，取平均值。

表面形貌：用掃描電子顯微鏡觀察。

色牢度：用力士洗發(fā)乳揉洗染色頭發(fā)1 min，沖洗1 min，再用力士精華素揉洗1 min，沖洗1 min，毛巾擦過后用吹風(fēng)機(jī)吹干，梳理，為洗滌1次[9]。對頭發(fā)多次洗滌，用測色儀測試洗滌前后染色頭發(fā)的L*、a*、b*值，采用D65光源和10°觀察角，每份試樣測4次，取平均值。洗滌前后的色差（ΔE）按下式進(jìn)行計算。

其中，L0*、a0*、b0*分別為洗滌前的顏色特征值，Ln*、an*、bn*分別為洗滌n次后的顏色特征值。

2 結(jié)果與討論

2.1 頭發(fā)表面形貌

將未處理及經(jīng)過預(yù)處理的白發(fā)洗凈，用掃描電子顯微鏡觀察表面形貌，結(jié)果見圖1。由圖1可知，經(jīng)過預(yù)處理后，頭發(fā)的鱗片變短，但鱗片層依然存在，因此，預(yù)處理不會明顯降低頭發(fā)的強(qiáng)力。

圖1 頭發(fā)的表面形貌

2.2 頭發(fā)染色工藝優(yōu)化

2.2.1 訶子色素用量

由于自然生長的白發(fā)有限，為節(jié)約白發(fā)用量，工藝條件探討時，在北窗自然光下目測頭發(fā)的染色效果?？紤]到染發(fā)時人體感覺的舒適度，預(yù)處理、媒染、染發(fā)溫度均選45 ℃。

按照工藝配方及工藝流程染發(fā)，其中，硫酸鈉用量為4%、pH=8、染發(fā)時間60 min，訶子色素用量對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響見表1。由表1可以看出，隨著訶子色素用量的提高，頭發(fā)的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率均沒有明顯的變化。隨著訶子色素用量的提高，染色后頭發(fā)的顏色變深。這是因為訶子色素用量提高，上染到頭發(fā)上的訶子色素增多。訶子色素用量提高到5%后，繼續(xù)提高訶子色素用量，染色后頭發(fā)顏色不再變深，因此，訶子色素用量以5%為佳。

表1 訶子色素用量對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響

2.2.2 硫酸鈉用量

按照工藝配方及工藝流程染發(fā)，其中，訶子色素用量為5%、pH=8、染發(fā)時間60 min，硫酸鈉用量對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響見表2。由表2可以看出，隨著硫酸鈉用量的提高，頭發(fā)的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率均沒有明顯的變化；染色后頭發(fā)的顏色變深。這是因為在弱堿性條件下，頭發(fā)纖維和訶子色素都帶負(fù)電荷，兩者之間存在斥力作用，硫酸鈉的加入可降低頭發(fā)纖維與訶子色素之間的斥力，起到促染作用。硫酸鈉用量提高到4%后，繼續(xù)提高硫酸鈉用量，染色后頭發(fā)顏色不再變深，為此，硫酸鈉用量以4%為佳。

表2 硫酸鈉用量對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響

2.2.3 染色pH

按照工藝配方及工藝流程染發(fā)，其中，訶子色素用量5%、硫酸鈉用量4%、染發(fā)時間60 min，染色pH對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響見表3。由表3可以看出，隨著pH 升高，頭發(fā)的斷裂強(qiáng)力逐漸下降，斷裂伸長率逐漸提高，染色后頭發(fā)的顏色逐漸加深。這是因為：（1）頭發(fā)屬于蛋白質(zhì)纖維，耐堿性較差，堿性條件會導(dǎo)致蛋白質(zhì)肽鍵的水解，從而引起強(qiáng)力下降[10]；（2）在膨化劑與堿劑的協(xié)同作用下，有利于頭發(fā)鱗片層的膨化，從而有利于訶子色素擴(kuò)散通過頭發(fā)表面的鱗片層到頭發(fā)的皮質(zhì)層，提高訶子色素的上染率。pH從8提高到9，頭發(fā)的斷裂強(qiáng)力下降，而顏色沒有明顯變化，為此，染色pH以8為佳。

表3 染色pH對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響

2.2.4 染色時間

按照工藝配方及工藝流程染發(fā)，其中，訶子色素用量5%、硫酸鈉用量4%、pH=8，染色時間對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響見表4。由表4 可以看出，隨著染色時間延長，頭發(fā)的斷裂強(qiáng)力有所下降，斷裂伸長率有所提高，但變化不明顯。因為頭發(fā)屬于蛋白質(zhì)纖維，耐堿性較差，堿性條件下處理時間越長，對頭發(fā)的損傷越嚴(yán)重，但本實驗的堿性很弱，因此，對頭發(fā)拉伸性能的影響不大。隨著染色時間延長，染色頭發(fā)的顏色逐漸加深，因為隨時間延長，上染到頭發(fā)上的訶子色素越多。染色時間延長到75 min 后，繼續(xù)延長染色時間，頭發(fā)的顏色不再繼續(xù)加深，可能是染色達(dá)到了平衡，因此，可以依據(jù)所需得到的顏色選擇適宜的染色時間，要得到較烏黑的頭發(fā)可采取染色75 min。

表4 染色時間對頭發(fā)拉伸性能及染色效果的影響

2.3 最佳染色工藝下染發(fā)的顏色特征值及色牢度

染得頭發(fā)的顏色特征值見表5，色牢度見圖2。由表5可知，染色后頭發(fā)的亮度值L*、紅綠色度值a*、黃藍(lán)色度值b*、鮮艷度值c*均很小，說明所染顏色為黑色，不鮮艷。K/S值大，說明染的頭發(fā)比較烏黑。

表5 頭發(fā)的顏色特征值

由圖2可知，隨洗滌次數(shù)增多，色差值（ΔE）增大，洗滌次數(shù)超過12 次后，隨洗滌次數(shù)增多，色差值變化不大。因為洗滌時，部分頭發(fā)表面的染料分子被洗去，隨洗滌次數(shù)增加，頭發(fā)表面的染料分子逐漸減少，滲透到頭發(fā)內(nèi)部的染料分子不易洗掉，色牢度好。

圖2 頭發(fā)的色牢度

3 結(jié)論

最佳染色工藝為：訶子色素5%、膨化劑A 10%、硫酸鈉4%、10%的羥乙基纖維原糊53%，pH=8，染色溫度45 ℃，染色75 min，可獲得比較烏黑的頭發(fā)，且具有良好的色牢度。

提標(biāo)提質(zhì)助推柯橋印染行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

昨天上午，柯橋區(qū)委副書記、柯橋區(qū)長趙如浪在柯橋區(qū)印染行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展推進(jìn)工作會議上指出，印染產(chǎn)業(yè)是柯橋的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，柯橋區(qū)上下要進(jìn)一步堅定信心，凝聚共識，圍繞“綠色高端、世界領(lǐng)先”目標(biāo)，穩(wěn)中精進(jìn)，提標(biāo)提質(zhì)，助推柯橋區(qū)印染行業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。副區(qū)長齊方良主持會議。

趙如浪在講話中說，通過集聚升級，柯橋區(qū)印染企業(yè)數(shù)量明顯減少，設(shè)備工藝大幅提升，質(zhì)量效益顯著提高，印染產(chǎn)業(yè)由“鋪天蓋地”逐步邁向“頂天立地”，較好實現(xiàn)“綠色突圍”。他指出，印染行業(yè)的深度調(diào)整期、深度提升期已到來，各相關(guān)部門、行業(yè)協(xié)會和企業(yè)家要緊扣形勢，認(rèn)識印染行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要意義，這不僅是行業(yè)和企業(yè)主動適應(yīng)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的需要，也是打造國際紡織之都需要，更是提升區(qū)域綜合競爭力的需要。要聚焦重點，明確印染行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)任務(wù)，力爭通過3年時間，持續(xù)推動印染企業(yè)集聚濱海后向高新化、智能化、綠色化發(fā)展，進(jìn)一步深化“畝均論英雄”改革，大力實施“加工轉(zhuǎn)經(jīng)銷”，推動印染行業(yè)智能化改造，高標(biāo)準(zhǔn)打造綠色印染，分類處理廢水，收集治理廢氣，規(guī)范處置固廢，同時不折不扣做好安全生產(chǎn)工作。要齊心協(xié)力，加強(qiáng)印染行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的服務(wù)保障，各級各部門要各司其職、形成合力，嚴(yán)格督考、優(yōu)化配置，強(qiáng)化宣傳、營造氛圍，讓印染行業(yè)高質(zhì)量改造提升成為全社會的廣泛共識，成為廣大印染企業(yè)的自覺行動，成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動力。

會上，柯橋區(qū)經(jīng)信局、柯橋區(qū)生態(tài)環(huán)境分局、柯橋區(qū)應(yīng)急管理局、柯橋區(qū)科技局、馬鞍鎮(zhèn)相關(guān)負(fù)責(zé)人，分別就推進(jìn)印染企業(yè)智能化改造、定型機(jī)廢氣治理、安全生產(chǎn)、科技創(chuàng)新、推進(jìn)印染企業(yè)“加工轉(zhuǎn)經(jīng)銷”等相關(guān)工作作詳細(xì)布置。