论文部分内容阅读
提起高分子，人们可能马上会想到日常生活中随处可见的塑料、合成纤维、人造橡胶、粘合剂、涂料等等。其实，高分子与我们的头发也有着密切的关系。且不说头发本身就是由一种生物高分子（角质蛋白）所构成的；作为化妆品原料的高分子在美发护发产品中也可以说是无所不在、必不可少。用于美发护发品中的高分子可按其溶解性分为水溶性和非水溶性；根据所带电荷的类型分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型；以来源不同而分为天然高分子和合成高分子。这些高分子在各种产品中的用途各不相同。本文就简要地介绍在几类主要发用化妆品中常用高分子的功能以及作用原理。
1． 洗发产品中的高分子
以聚季铵盐-10（图1）为代表的阳离子高分子化合物经常被用于香波，特别是兼有洗发和护发双重功能的二合一香波中。聚季铵盐-10是由天然的纤维素衍生而来的，它带有正电荷，属于阳离子型高分子。这类高分子有时被称为调理高分子，除聚季铵盐-10外，还有其它阳离子化的纤维素如聚季铵盐-24以及阳离子瓜儿胶等。
上述阳离子高分子在香波中的作用主要有两个方面：一是改善香波的使用手感；二是作为载体，帮助小颗粒的护发成分在冲洗过程中有效地存放在头发或头皮上。两者都是通过与香波中的阴离子表面活性剂及水形成凝聚物而完成的（图2）。这是一种由阳离子高分子和阴离子表面活性剂通过正负电荷相互吸引而形成的凝聚物。凝聚物中包含有水及小颗粒的护发成分如硅酮，或去屑有效成分如吡啶硫酮锌(ZPT)等。凝聚物的作用就如同“笼子”一样，将护发成分保护起来。当冲洗到一定程度时，护发有效成分从它们的“笼子”中被释放出来而存积在头发或头皮上（图3）。另外，如果配制得当，使其具有适当的粘弹性，则这种凝聚物还可以帮助香波提供一种滑顺的使用手感。凝聚物的形成程度及性能与所用阴离子表面活性剂的类型以及阳离子高分子的分子量和电荷密度都有着密切的关系。现在的原料生产厂家可以提供具有各种不同规格的分子量和电荷密度的阳离子高分子。在设计配方时，应根据所用表面活性剂的体系来选择合适的阳离子高分子，这样才能达到最佳的效果。阳离子高分子在香波中的使用量一般不超过1%。
除上述阳离子高分子外，高分子增粘剂如丙烯酸聚合物和羟乙基纤维素等有时也在香波中使用。聚乙二醇等非离子高分子有时也会用于香波中以改善使用时的手感。另外，与护发产品相同，二合一香波中一般也使用硅酮类高分子作为护发有效成分。
2． 护发产品中的高分子
护发素中的主要有效护发成分之一是硅酮类高分子，如聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷共聚醇、环二甲基硅酮等等。硅酮又称硅油，其独特的结构决定了它具有很高的分子柔软性和较弱的分子间吸引力，从而使它具有与其它高分子不同的许多特性。首先它的表面张力极低，一般在20mN/m左右，而聚乙烯和聚丙烯酸等其它常用的高分子则在30mN/m以上。其次，它的伸展性、防水性和润滑性都很好。这些特性使得硅酮可以均匀覆盖在头发表面，并形成一层薄薄的疏水性保护层（图4），使头发表面变得平整光滑（图5），减少头发之间的摩擦力。而变得平整光滑、排列整齐的头发可以更好地反射光线，从而比未经护理的头发显得更有光泽（图6）。
在护发产品中，除上述聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷共聚醇类外，常用的硅酮类高分子还有功能化的N-氨乙基胺丙基聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯（丙烯）聚二甲基硅氧烷共聚物等等。其中N-氨乙基胺丙基聚二甲基硅氧烷因带有正电荷，可以通过与头发表面的负电荷相互吸引而更加容易地吸附在头发上，所以对因漂染而受损伤的头发具有特别有效的护理效果。而聚氧乙烯（丙烯）聚二甲基硅氧烷共聚物则带有亲水性的基团，可提供一定的保湿效果，因此特别适用于免洗护发产品。
上述硅酮类高分子在护发产品中的用量一般在1%到5%之间，但有时也可以更高。
除硅酮类高分子外，一些阳离子高分子有时也可作为护发的有效成分而应用。常用的有聚季铵盐-6、聚季铵盐-7、聚季铵盐-32、聚季铵盐-37等。这些阳离子高分子也是通过与头发表面的负电荷相互吸引而起作用的（图7），可以起到防止静电等效果。另外，这些阳离子高分子往往也能起到改善产品使用手感和湿发梳理性能的作用。此外，水解胶原蛋白等天然高分子的衍生物有时也有应用。另外，作为增粘剂及使用手感改善剂的羟乙基纤维素和聚乙二醇等也时常在护发素中使用。但与硅酮类所不同的是：这些水溶性高分子在护发产品中的用量都较低，一般不超过1%。
3． 头发定型产品中的高分子
在洗发、护发的基础上，创造并保持优美的发型，这是整个美发过程中的一个重要环节。在日常生活中，通常是通过使用头发定型产品，并借助电吹风、电热梳、电卷发器等美发用具来完成这一过程的。定型产品的主要作用是帮助保持做好的发型，同时定型产品用于湿发时也可以起到帮助造型的作用。
国内外市场上的定型产品多种多样。现代定型产品的主要类型有：定型摩丝、定型喷发胶、定型凝胶和定型水等种类。每一种产品又可按定型能力的强弱、多功能性和形态而分为若干分枝。消费者可以根据自己的需要来选择使用定型产品。
上述的定型产品虽然形式各异，功能也不尽相同，但都有一个共同点，即以毛发定型高分子为主要定型成分。用于塑料薄膜和粘合剂的高分子材料早已广为人知，而毛发定型高分子正是利用高分子的成膜性及粘合力而起作用的。其原理是附着在头发表面，并于发丝与发丝之间形成薄膜，从而起到如同焊接点一样的固定效果，使发型具有稳定性（图8）。在显微镜下观察到，由定型高分子形成的薄膜可以以“线状结合”（图8-a）或“点状结合”（图8-b）两种形式出现。一般来说，如果定型高分子以形成“点状结合”为主，则定型的效率较高，从而可以降低定型产品的使用量，同时还会使定型后的头发柔软而不僵硬。
用于毛发定型的高分子化合物，有的是从天然的纤维素或淀粉衍生而来，但更多的是人工合成的。最早用于定型喷发胶的聚乙烯吡咯烷酮距今已经有五十年以上的历史了。传统上常用定型高分子的例子有：聚乙烯吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮/丁烯酸酯共聚物、丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物、阳离子化的纤维素以及阳离子化的乙烯吡咯烷酮与丙烯酸或甲基丙烯酸的胺基烷酯的共聚物（如聚季铵盐-11）等。其它可供选择的定型高分子还有很多，在此就不一一列举了。这些高分子化合物一般溶于作为载体的水或水与酒精的混合溶剂。传统上定型喷发胶等产品多以酒精作为溶剂，但近年来，一些国家和地区从环境保护的角度出发，对挥发性有机化合物在定型产品中的使用量作了限制，这使得以水为主要溶剂成为一种必然的趋势。因而在设计和选择定型高分子时，既要求该高分子在水中具有相当的溶解性，以便很好地成膜；又要注意避免其过分地亲水，因为如过分亲水则它容易从空气中吸湿而失去定型效果，并且易使头发摸上去发粘。换而言之，也就是需要很好地平衡定型高分子的亲水性和疏水性。定型高分子的用量因产品类型和性能要求而异，一般在定型摩丝中为0.5%～4%，在定型喷发胶中为2%～12%，在定型凝胶中为0.5%～4%，而定型水中一般为3%以下。传统的定型高分子的不足之处是：一旦形成的薄膜受外力的影响而破裂后，便失去了定型的能力，难以恢复。为了克服这一弱点，近年来出现了一些新型的弹性定型高分子。这种新型的高分子通过嵌段或接枝聚合而引进了由聚二甲基硅氧烷等组成的柔软组分，从而使其具有一定的弹性。这样一来，使得它在外力作用后还可以在一定程度上恢复定型能力，因此定型效果较持久（图9）。另外，这类新型定型高分子在头发上趋向于形成“点状结合”，定型效率高，触摸手感好。笔者曾参与开发的宝洁公司专利定型高分子就是这样一个例子。
除定型高分子外，在定型凝胶等粘度较高的产品中一般还使用作为增粘剂的高分子以达到增粘的目的。增粘剂大多为交联性高分子，以阴离子型为主，如前面所述的丙烯酸聚合物等。但现在也有交联性的阳离子高分子增粘剂，如聚季铵盐-37等。阳离子高分子增粘剂的特点是在增加粘度的同时，还具有一定的护发效果。高分子增粘剂的用量多在0.25%～1%范围内。一般来说，产品中增粘剂的含量越高，则产品的粘度也越高。
除在上述几种主要美发护发化妆品中的应用外，阳离子高分子有时还可用于染发品中，以帮助阴离子染发剂有效地附着在头发上。另外，带有亲水和亲油基团的高分子表面活性剂可以用于各类产品中帮助乳化油状成分。
在选择用于配方中的高分子时，应特别注意以下事项：1）安全性是首要的。与其它任何化妆品原料一样，高分子原料应该是无毒无臭的。虽然高分子化合物本身一般是没有毒性的，但必须严格确认高分子中可能残存的单体含量是否低于安全上限。2）除作为乳液使用外，应在所用载体（溶剂）中具有足够的溶解性。3）应与其它成分有良好的相容性：不发生化学反应，不产生沉淀性络合物等。4）所选用的高分子应该可以在洗发时较容易地被洗掉，而不是逐渐地累积在头发上。除此之外，高分子的一个重要特点就是可以具有不同的分子量，而分子量对高分子的性能有着显著的影响。因此，选择适合于使用目的的分子量也是十分重要的。
通过以上归纳可以看出，目前高分子在头发化妆品中已有着相当广泛的用途。我们知道：高分子作为巨大的分子聚合物，具有许多其它物质所不能取代的特性。因而可以预言，随着高分子材料科学和化妆品配方技术的不断发展，今后高分子在头发化妆品领域中将会发挥越来越重要的作用。
1． 洗发产品中的高分子
以聚季铵盐-10（图1）为代表的阳离子高分子化合物经常被用于香波，特别是兼有洗发和护发双重功能的二合一香波中。聚季铵盐-10是由天然的纤维素衍生而来的，它带有正电荷，属于阳离子型高分子。这类高分子有时被称为调理高分子，除聚季铵盐-10外，还有其它阳离子化的纤维素如聚季铵盐-24以及阳离子瓜儿胶等。
上述阳离子高分子在香波中的作用主要有两个方面：一是改善香波的使用手感；二是作为载体，帮助小颗粒的护发成分在冲洗过程中有效地存放在头发或头皮上。两者都是通过与香波中的阴离子表面活性剂及水形成凝聚物而完成的（图2）。这是一种由阳离子高分子和阴离子表面活性剂通过正负电荷相互吸引而形成的凝聚物。凝聚物中包含有水及小颗粒的护发成分如硅酮，或去屑有效成分如吡啶硫酮锌(ZPT)等。凝聚物的作用就如同“笼子”一样，将护发成分保护起来。当冲洗到一定程度时，护发有效成分从它们的“笼子”中被释放出来而存积在头发或头皮上（图3）。另外，如果配制得当，使其具有适当的粘弹性，则这种凝聚物还可以帮助香波提供一种滑顺的使用手感。凝聚物的形成程度及性能与所用阴离子表面活性剂的类型以及阳离子高分子的分子量和电荷密度都有着密切的关系。现在的原料生产厂家可以提供具有各种不同规格的分子量和电荷密度的阳离子高分子。在设计配方时，应根据所用表面活性剂的体系来选择合适的阳离子高分子，这样才能达到最佳的效果。阳离子高分子在香波中的使用量一般不超过1%。
除上述阳离子高分子外，高分子增粘剂如丙烯酸聚合物和羟乙基纤维素等有时也在香波中使用。聚乙二醇等非离子高分子有时也会用于香波中以改善使用时的手感。另外，与护发产品相同，二合一香波中一般也使用硅酮类高分子作为护发有效成分。
2． 护发产品中的高分子
护发素中的主要有效护发成分之一是硅酮类高分子，如聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷共聚醇、环二甲基硅酮等等。硅酮又称硅油，其独特的结构决定了它具有很高的分子柔软性和较弱的分子间吸引力，从而使它具有与其它高分子不同的许多特性。首先它的表面张力极低，一般在20mN/m左右，而聚乙烯和聚丙烯酸等其它常用的高分子则在30mN/m以上。其次，它的伸展性、防水性和润滑性都很好。这些特性使得硅酮可以均匀覆盖在头发表面，并形成一层薄薄的疏水性保护层（图4），使头发表面变得平整光滑（图5），减少头发之间的摩擦力。而变得平整光滑、排列整齐的头发可以更好地反射光线，从而比未经护理的头发显得更有光泽（图6）。
在护发产品中，除上述聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷共聚醇类外，常用的硅酮类高分子还有功能化的N-氨乙基胺丙基聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯（丙烯）聚二甲基硅氧烷共聚物等等。其中N-氨乙基胺丙基聚二甲基硅氧烷因带有正电荷，可以通过与头发表面的负电荷相互吸引而更加容易地吸附在头发上，所以对因漂染而受损伤的头发具有特别有效的护理效果。而聚氧乙烯（丙烯）聚二甲基硅氧烷共聚物则带有亲水性的基团，可提供一定的保湿效果，因此特别适用于免洗护发产品。
上述硅酮类高分子在护发产品中的用量一般在1%到5%之间，但有时也可以更高。
除硅酮类高分子外，一些阳离子高分子有时也可作为护发的有效成分而应用。常用的有聚季铵盐-6、聚季铵盐-7、聚季铵盐-32、聚季铵盐-37等。这些阳离子高分子也是通过与头发表面的负电荷相互吸引而起作用的（图7），可以起到防止静电等效果。另外，这些阳离子高分子往往也能起到改善产品使用手感和湿发梳理性能的作用。此外，水解胶原蛋白等天然高分子的衍生物有时也有应用。另外，作为增粘剂及使用手感改善剂的羟乙基纤维素和聚乙二醇等也时常在护发素中使用。但与硅酮类所不同的是：这些水溶性高分子在护发产品中的用量都较低，一般不超过1%。
3． 头发定型产品中的高分子
在洗发、护发的基础上，创造并保持优美的发型，这是整个美发过程中的一个重要环节。在日常生活中，通常是通过使用头发定型产品，并借助电吹风、电热梳、电卷发器等美发用具来完成这一过程的。定型产品的主要作用是帮助保持做好的发型，同时定型产品用于湿发时也可以起到帮助造型的作用。
国内外市场上的定型产品多种多样。现代定型产品的主要类型有：定型摩丝、定型喷发胶、定型凝胶和定型水等种类。每一种产品又可按定型能力的强弱、多功能性和形态而分为若干分枝。消费者可以根据自己的需要来选择使用定型产品。
上述的定型产品虽然形式各异，功能也不尽相同，但都有一个共同点，即以毛发定型高分子为主要定型成分。用于塑料薄膜和粘合剂的高分子材料早已广为人知，而毛发定型高分子正是利用高分子的成膜性及粘合力而起作用的。其原理是附着在头发表面，并于发丝与发丝之间形成薄膜，从而起到如同焊接点一样的固定效果，使发型具有稳定性（图8）。在显微镜下观察到，由定型高分子形成的薄膜可以以“线状结合”（图8-a）或“点状结合”（图8-b）两种形式出现。一般来说，如果定型高分子以形成“点状结合”为主，则定型的效率较高，从而可以降低定型产品的使用量，同时还会使定型后的头发柔软而不僵硬。
用于毛发定型的高分子化合物，有的是从天然的纤维素或淀粉衍生而来，但更多的是人工合成的。最早用于定型喷发胶的聚乙烯吡咯烷酮距今已经有五十年以上的历史了。传统上常用定型高分子的例子有：聚乙烯吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮/丁烯酸酯共聚物、丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物、阳离子化的纤维素以及阳离子化的乙烯吡咯烷酮与丙烯酸或甲基丙烯酸的胺基烷酯的共聚物（如聚季铵盐-11）等。其它可供选择的定型高分子还有很多，在此就不一一列举了。这些高分子化合物一般溶于作为载体的水或水与酒精的混合溶剂。传统上定型喷发胶等产品多以酒精作为溶剂，但近年来，一些国家和地区从环境保护的角度出发，对挥发性有机化合物在定型产品中的使用量作了限制，这使得以水为主要溶剂成为一种必然的趋势。因而在设计和选择定型高分子时，既要求该高分子在水中具有相当的溶解性，以便很好地成膜；又要注意避免其过分地亲水，因为如过分亲水则它容易从空气中吸湿而失去定型效果，并且易使头发摸上去发粘。换而言之，也就是需要很好地平衡定型高分子的亲水性和疏水性。定型高分子的用量因产品类型和性能要求而异，一般在定型摩丝中为0.5%～4%，在定型喷发胶中为2%～12%，在定型凝胶中为0.5%～4%，而定型水中一般为3%以下。传统的定型高分子的不足之处是：一旦形成的薄膜受外力的影响而破裂后，便失去了定型的能力，难以恢复。为了克服这一弱点，近年来出现了一些新型的弹性定型高分子。这种新型的高分子通过嵌段或接枝聚合而引进了由聚二甲基硅氧烷等组成的柔软组分，从而使其具有一定的弹性。这样一来，使得它在外力作用后还可以在一定程度上恢复定型能力，因此定型效果较持久（图9）。另外，这类新型定型高分子在头发上趋向于形成“点状结合”，定型效率高，触摸手感好。笔者曾参与开发的宝洁公司专利定型高分子就是这样一个例子。
除定型高分子外，在定型凝胶等粘度较高的产品中一般还使用作为增粘剂的高分子以达到增粘的目的。增粘剂大多为交联性高分子，以阴离子型为主，如前面所述的丙烯酸聚合物等。但现在也有交联性的阳离子高分子增粘剂，如聚季铵盐-37等。阳离子高分子增粘剂的特点是在增加粘度的同时，还具有一定的护发效果。高分子增粘剂的用量多在0.25%～1%范围内。一般来说，产品中增粘剂的含量越高，则产品的粘度也越高。
除在上述几种主要美发护发化妆品中的应用外，阳离子高分子有时还可用于染发品中，以帮助阴离子染发剂有效地附着在头发上。另外，带有亲水和亲油基团的高分子表面活性剂可以用于各类产品中帮助乳化油状成分。
在选择用于配方中的高分子时，应特别注意以下事项：1）安全性是首要的。与其它任何化妆品原料一样，高分子原料应该是无毒无臭的。虽然高分子化合物本身一般是没有毒性的，但必须严格确认高分子中可能残存的单体含量是否低于安全上限。2）除作为乳液使用外，应在所用载体（溶剂）中具有足够的溶解性。3）应与其它成分有良好的相容性：不发生化学反应，不产生沉淀性络合物等。4）所选用的高分子应该可以在洗发时较容易地被洗掉，而不是逐渐地累积在头发上。除此之外，高分子的一个重要特点就是可以具有不同的分子量，而分子量对高分子的性能有着显著的影响。因此，选择适合于使用目的的分子量也是十分重要的。
通过以上归纳可以看出，目前高分子在头发化妆品中已有着相当广泛的用途。我们知道：高分子作为巨大的分子聚合物，具有许多其它物质所不能取代的特性。因而可以预言，随着高分子材料科学和化妆品配方技术的不断发展，今后高分子在头发化妆品领域中将会发挥越来越重要的作用。