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1．头发颜色的作用
我们知道，与其它哺乳类动物的毛发一样，长在人类头皮上的头发作为一种隔离物，可以起到一定的防止头皮散热、保护大脑和头颅免受外界伤害的作用。但人类的头发更多的却是美观作用，头发的多少、形状、颜色、光泽等都会给人们带来心理和精神上的影响。在人类的社交活动中，亮泽、柔顺的头发和优美的发型常常能给人带来特有的魅力。而颜色可能是头发最明显的特征了，改变头发的颜色是改变自己形象的一个有效的做法。正因为如此，作为改变头发颜色手段的染发已由来已久。
头发本身的颜色是由存在于头发毛皮质(cortex)内的黑色素(melanin)的含量及比例所决定的，它因人种而异。黑色素呈颗粒状，是由产生色素的特殊细胞形成的。它们沿毛皮质中蛋白质的氨基酸链排列，在电子显微镜下可以观察到黑色素颗粒的存在（图1，摘自：J. Gray, The World of Hair）。黑色素又可分为两种类型，即优黑素(eumelanin)和褐黑素(pheomelanin)。其中优黑素产生由棕到黑的色调，优黑素的比例越高，头发就越黑；而褐黑素则给出黄、姜黄及红色。两种黑色素以不同比例的混合可以表现出不同的头发颜色。而这一混合比例是由遗传基因决定的。我们中国人属于黄种人，一般来说毛皮质内的优黑色素含量极多，占头发总重量的2%左右（相比之下，意大利棕发中含1.1%；爱尔兰红发中只含0.3%），而褐黑素的含量极微，因此天生长有一头乌黑的秀发。
无论什么人种、原来颜色如何，头发变白（黑色素的减少或完全消失）都被认为是人体老化的一种标志。据文献记载，早在2000多年前中国人已开始使用天然染发剂染发。传统上中国人的染发多以白发染黑为主。但进入20世纪90年代后，受国际潮流的影响，染发已远远不仅是将白发染黑，以年轻人为主的黑发消费者的时髦染发越来越流行。据统计资料报道，到2000年，75%的16～45岁的中国城市女性都漂染了她们的头发。现在市场上的染发产品具有各种颜色及产品形式，很多年轻人的头发变得五彩缤纷。适当的染发确实能给人带来美感，给生活增添更多的色彩。然而不能忽视的是，染发特别是永久性染发（包括脱色漂白）在给我们带来美感的同时，也会不可避免地对头发造成损伤。
2．染发对头发的影响
染发剂按染色效果的持续时间可分为三大类，其对头发的影响程度也有很大的不同。
1）暂时性染发剂(temporary colorant)：暂时性染发剂是将直接染料（酸性染料）附着在毛小皮(cuticle)的最外层(图2-1）。它以染发香波、发胶、摩丝和喷发胶等形式出现。由于它只留存在头发的表面，经一次或多次洗发就可以将其彻底洗净。所以暂时性染发剂通常对头发是无害的。
2）半永久性染发剂(semi-permanent colorant)：与暂时性染发剂相比，半永久性染发剂所使用的染料分子较小，可以一定程度地渗透到毛皮质中而造成发色的变化（图2-2），但不会在头发中发生化学反应。使用后，在洗头发时常可见到染料被洗出，但通常可抵挡12次以上的洗发，以后就褪色了。因为它不含有漂白剂，因此无论如何也不可能染成比原来颜色浅的头发。半持久性染发剂对头发造成的损伤相对较小。
3）永久性染发剂(permanent colorant)：永久性染发剂中使用氧化染料。基本作用原理是先经将无色的先趋物渗透到毛皮质中，再在氧化剂的作用下发生氧化聚合，从而在头发中生成高分子色素（图2-3）。它的染色效果出众、持续时间长，连续多次洗发也基本上不会造成褪色。因此，永久性染发剂是染发产品的主流。无论想要完全染发，还是想要修饰局部头发时，都可以选用这种染发剂。但使用永久性染发剂不可避免地会造成对头发的伤害。
上述染发产品的分类及作用原理归纳总结于表1中。
有时为了将头发染成较浅的颜色，先要进行漂白(bleaching)。漂白是通过改变部分或全部毛皮质中的黑色素，让它们变成无色的颗粒物质来完成的。黑色素不是被洗掉了，而是发生了一种不可逆化学反应。头发漂白所用的化学物质叫漂白剂，其中含有氧化剂，像烫发液中的还原液一样，是碱性溶液。最常用的漂白剂是过氧化氢溶液。过氧化氢可以单独用于漂白黑发，也可以同染发剂一起使用。与永久性染发剂一样，漂白剂也不可避免地会损伤头发。
下面就重点谈一谈染发所造成的头发损伤。我们一般将永久性染发剂和漂白剂所引起的损伤归为头发的化学损伤。如图3所示，我们知道头发是由三个部分组成的，由外到内分别为毛小皮、毛皮质和毛髓质(medulla)。其中毛小皮是头发的外表层，其作用是保护毛皮质，赋予头发以光泽及弹性，并在一定程度上决定头发的色调。毛小皮一般由6到10层的鳞片状细胞重叠排列而成。毛小皮层的总厚度一般为3～4mm，面积占头发总截面的15%左右。毛皮质是头发最主要的构成部分，它决定头发的弹性、强度、色调与粗细。毛皮质部分的面积占头发总截面的82%左右。毛髓质是头发的中心部分，面积只占头发总截面的3%左右，对头发的性质影响不大。永久性染发剂和漂白剂等化学物质是通过穿透头发最外层的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——脂肪酸层(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。另外，永久性染发是通过将氧化染料渗透到头发的内部，并在氧化剂的作用下发生氧化聚合，生成高分子色素而染色。而脱色也是通过将漂白剂与头发中的黑色素发生氧化反应而完成的。这些化学反应都不可避免地会改变毛发表面及内部的结构，比如引起头发中蛋白质的流失、结晶度下降等。很多研究结果表明，漂染后的头发有含水量降低、拉伸强度下降、弹性及韧性下降等物理性能的变化。虽然通过技术革新，现代的染发产品已变得较以前温和多了，但还是会或多或少地损伤头发。
一般来说，经过永久性染发剂或漂白剂处理的头发摸上去感觉“发硬” 、“粗糙” 、“没有弹性” 、“不易梳理、易断发”等。这些都是上述头发所发生的物理化学性质变化的表观现象。另外，头发的损伤也会直接导致头发光泽的损失。头发的光泽对美观起着重要的作用。我们知道不发光物质的光泽是由于反射发光物质的光线而形成的。反射表面越平坦，则反射效果越好，即越显得有光泽。因此当头发整体排列有序、发表层相对平坦时，头发就显得有光泽；相反，当头发表面因受损而变得粗糙时，会在很大程度上引起光散射，使头发失去光泽。我们可以想象，如果头发毫无光泽，那么无论将其染成何种颜色也不会有很好的效果。另外，受损的头发相对较难着色，同时颜色保留的时间也较短，容易发生褪色。这是由于受损的头发失去了外层的保护结构，同时内部也出现了空洞化，因而很难将色素有效地保留在头发中。由此可见，在适当染发的同时，注意日常的护理、修复染后受损伤的头发显得十分重要。
总之，染发是头发美容的一种效果十分显著的手段，暂时性和半永久性染发对头发的负面影响不大，然而，永久性染发却不可避免地会给头发带来一定的伤害，因此，应该强调的是护发才是最基本的。只有做好对头发的护理，才能补偿由染发带来的损失。另外，在护理良好的头发上染发，才能达到最佳的色彩效果。
3．染发后头发的护理
那么怎样对因漂白或永久性染发而受损的头发进行护理和修补呢？最好的办法就是使用优质的护发素，如潘婷防分叉油发膜及润发精华素、沙宣保湿润发露、海飞丝去头屑润发精华露等等。在这些护发素中含有常用的护发有效成分有硅酮类、阳离子表面活性剂（季铵盐）、脂肪醇及氨基酸等。这些护发成分的作用可以归纳为如下几点：
1) 附着在头发表面形成一层新的疏水性保护膜，使头发平滑、易于梳理，从而保护头发免受进一步损伤，防止或减缓头发内蛋白质及水分的进一步流失。另外，对于因受损而出现毛小皮残缺的头发，护发成分可以发挥将缺陷部分补平的作用。能起到这些作用的有效成分有季铵盐类、硅酮类、脂肪醇类、高分子化合物等。图4为季铵盐对漂染后头发的护理原理示意图。由图可以看出，未受损的头发外表层带有一层疏水性的脂肪酸保护膜；而漂染后的头发外表层的脂肪酸保护膜消失，从而带有负电荷；而带正电荷的季铵盐可与头发上的负电荷相结合，从而重新给头发带上一层疏水性的保护膜。
2) 附着在头发表面上或渗透到头发内部而对已经空洞化的毛皮质进行修补。经过修复的头发，可以很大程度上恢复光泽，并具有长期保持颜色的功能。用于这种目的的成分包括氨基酸类、水解蛋白质等。
3) 附着在头发表面上或渗透到头发内部而起到保湿的作用。这类有效成分包括各种有机酸、多醇类化合物等。
上述护发素中各种有效成分对染后头发的护理作用归纳于表2中。下面再以两个例子来说明护发素对染后头发的实际护理效果。
首先来看护发素帮助染后头发恢复保护膜的效果。图5中的第一张照片显示未经漂染的头发表面带有一层疏水性保护膜，因此水珠放上去不易很快渗透、分散；第二张照片说明漂白后的头发失去了疏水性保护膜，因此明显地水珠放上很快就消失了；第三张照片则表示漂白后在经护发素处理的头发又重新带上了一层疏水性的保护膜，因而水珠放上去不会很快消失。
正因为护发素给头发带上了一层保护膜，它还可以减缓因湿度变化而带来的头发内水分含量的变化。首先，从图6可以看出，当环境湿度从低（33%）变高（80%）时，头发内水分会有增加。而与只用洗发水相比，使用过护发素的头发其水分增加量相对较少，也就是说护发素可以防止头发过分地吸湿。我们知道，过分的吸水会引起头发内蛋白质间氢键的破坏，从而使原有的发型及体积发生变化，并可能产生梳理困难等现象。因此，防止头发过分地吸湿对保持发型和头发易梳理性是很重要的。下面再来看护发素防止水分流失的效果。同样从图6中可见，当环境湿度从高（80%）转为低（45%）时，使用护发素又可减少头发内水分的流失。只用洗发水洗过的头发水分流失较快，最终的流失量较多；而经过护发素护发后，则头发中水分流失较慢，最终的流失量较少。保持一定的水分、防止头发过度干燥，这有助于减少因湿度降低而造成的头发静电增加、乱发及飘发等的发生几率。由此可见，护发素具有明显的保持头发内水分含量稳定的效果，这对于染后的头发来说是十分重要的。
以上通过实例简单地说明了护发素对染发后头发的护理作用。应该说染后受损的头发使用护发素后，还是可以恢复其基本物理性能的。但在强调染发后使用护发素护发的重要性的同时，我们也不应忽视对护发技术进行不断的更新，特别是进一步完善针对染发后头发的护理技术。比如说通过使用氨基硅酮等，使护发成分更有效地附着在因漂染而变得相对亲水性的头发上，从而达到最佳的护发效果等等。相信由染发流行而带来的对护发要求的不断提高将进一步推动护发产品的发展。