Александр Кувватов – Химия цвета. Как работают красители на волосах. Научное объяснение окрашивания, осветления и удаления косметического цвета для парикмахеров (страница 2)

Кортекс составляет основную массу волоса. Именно здесь расположены структуры, определяющие прочность, форму и натуральный цвет. В кортексе находятся кератиновые макрофибриллы, матрикс и меланиновые гранулы [1], [2].

Для окислительных красителей кортекс особенно важен. Молекулы прекурсоров и муфт имеют сравнительно малый размер и способны проникать внутрь волоса. После проникновения они вступают в реакции окисления и сочетания, в результате которых формируются окрашенные соединения с большей молекулярной массой [5].

Стойкость окислительного окрашивания связана не только с тем, что молекулы «застряли» в волосе. Более точное объяснение состоит в том, что окрашенные соединения формируются внутри структуры и хуже удаляются при обычном мытье из-за своего размера, локализации и взаимодействия с волокном [5], [6].

Исследование с использованием nanoscale secondary ion mass spectrometry показало, что окрашенные хромофоры, образованные при окислительном окрашивании, могут локализоваться внутри структуры волоса, а меланиновые гранулы чёрных волос являются важными зонами окрашивания [6]. Это подтверждает, что стойкий цвет нельзя объяснить только поверхностным нанесением пигмента.

1.7. Диффузия и химическая реакция

Окрашивание включает два принципиально разных процесса: перемещение молекул и химическое образование цвета.

Первый процесс — диффузия. Молекулы красителя, щёлочные агенты, окислитель и другие компоненты должны распределиться в доступных зонах волоса. На это влияют размер молекул, заряд, растворимость, состояние кутикулы, влажность, pH, температура и повреждённость волокна [4], [5], [7].

Второй процесс — химическая реакция. В окислительных красителях конечный цвет не полностью присутствует в тюбике до смешивания с окислителем. Цвет формируется в результате реакций прекурсоров и муфт при участии окислителя. Поэтому результат зависит не только от проникновения, но и от условий реакции [5].

Если молекулы проникли недостаточно, цвет может быть слабым или поверхностным. Если проницаемость слишком высокая и структура повреждена, результат может стать слишком плотным, пятнистым или нестойким. Если условия реакции нарушены, оттенок может развиться не полностью или сместиться.

Окрашивание — это не простое внесение цвета в волос. Это управляемое сочетание диффузии и химического образования окрашенных соединений.

1.8. Повреждённый волос и ложное ощущение лучшего окрашивания

Повреждённый волос часто быстрее принимает краситель. Это создаёт впечатление, что он «лучше берёт цвет». Но высокая скорость принятия пигмента не равна качественному окрашиванию.

Повреждение кутикулы, CMC и кортекса может увеличить проницаемость, но одновременно снижает способность волоса равномерно распределять и удерживать цвет. Поэтому пористые участки могут быстро темнеть, интенсивно захватывать холодные или фиолетовые нюансы, давать пятна и затем быстрее терять оттенок при мытье [1], [3], [5].

Такой результат связан не с тем, что волос «капризный», а с тем, что нарушена его барьерная и удерживающая система. Чем сильнее повреждена структура, тем меньше окрашивание похоже на контролируемую реакцию и тем больше зависит от неоднородности самого материала.

1.9. Почему одинаковый краситель работает по-разному

Один и тот же краситель может давать разные результаты на разных волосах из-за различий в структуре волокна.

На плотных натуральных волосах проникновение может быть более медленным. Цвет может развиваться сдержаннее, но при правильных условиях часто получается более стабильным.

На пористых осветлённых волосах проникновение может происходить быстрее, но распределение и удержание цвета становятся менее предсказуемыми. Особенно это заметно при работе с холодными, серыми, фиолетовыми и синими нюансами.

На ранее окрашенной длине результат зависит от остаточных искусственных пигментов, степени повреждения, состояния CMC, липидной системы, минералов, ухода и истории предыдущих процедур.

Таким образом, краситель работает не сам по себе. Он всегда работает внутри конкретного материала. Поэтому одинаковая формула не гарантирует одинаковый результат.

1.10 Распространённые упрощения

Первое упрощение — представление о волосе как о губке. Эта модель не объясняет ни избирательную проницаемость, ни роль CMC, ни формирование окислительного цвета внутри структуры.

Второе упрощение — представление о кутикуле как о двери, которую можно просто открыть и закрыть. В реальности речь идёт о набухании, изменении проницаемости, состоянии межклеточных структур и поверхности волоса.

Третье упрощение — фраза «волос не берёт цвет». За ней могут стоять разные причины: плотная кутикула, недостаточная щёлочность, слабая диффузия, неправильный окислитель, остатки продуктов, металлы, несовместимые пигменты или нарушение условий реакции.

Четвёртое упрощение — идея, что повреждённый волос лучше окрашивается. Повреждённый волос может быстрее принимать пигмент, но чаще хуже контролирует его распределение и удержание.

Пятое упрощение — представление, что стойкость зависит только от бренда красителя. Стойкость зависит также от структуры волоса, локализации пигмента, состояния кутикулы, CMC, пористости, ухода и внешних воздействий.

1.11. Выводы

Волос не является губкой, пустой трубкой или пассивным полотном. Это многослойное кератиновое волокно с избирательной проницаемостью.

Кутикула выполняет барьерную функцию, но её нельзя сводить к механическому «открытию» и «закрытию» чешуек.

CMC является важной межклеточной структурой, влияющей на сцепление клеток, движение воды, проникновение веществ и устойчивость волоса.

Кортекс является главной зоной стойкого изменения цвета при окислительном окрашивании.

Окрашивание включает не только проникновение молекул, но и химическое образование окрашенных соединений внутри волоса.

Повреждённый волос может быстрее принимать пигмент, но чаще даёт менее равномерный и менее стойкий результат.

Одинаковая формула красителя может работать по-разному, потому что она взаимодействует с разной структурой волоса.

Понимание окрашивания начинается с отказа от бытовой модели «открыли — внесли — закрыли». Научно точнее рассматривать процесс как изменение проницаемости волоса, диффузию молекул, химическое образование цвета и последующую стабилизацию результата.

Научные источники

Robbins C. R. Chemical and Physical Behavior of Human Hair. 5th ed. Berlin, Heidelberg: Springer; 2012. DOI: 10.1007/978-3-642-25611-0.

Yang F. C., Zhang Y., Rheinstädter M. C. The structure of people’s hair. PeerJ. 2014;2:e619. DOI: 10.7717/peerj.619.

Robbins C. The cell membrane complex: three related but different cellular cohesion components of mammalian hair fibers. Journal of Cosmetic Science. 2009;60(4):437–465.

Gummer C. L. Elucidating penetration pathways into the hair fiber using novel microscopic techniques. Journal of Cosmetic Science. 2001;52(5):265–280.

da França S. A., Dario M. F., Esteves V. B., Baby A. R., Velasco M. V. R. Types of Hair Dye and Their Mechanisms of Action. Cosmetics. 2015;2(2):110–126. DOI: 10.3390/cosmetics2020110.

Kojima T., Yamada H., Yamamoto T., Matsushita Y., Fukushima K. Dyeing regions of oxidative hair dyes in human hair investigated by nanoscale secondary ion mass spectrometry. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013;106:140–144. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2013.01.028.

Kelch A., Wessel S., Will T., Hintze U., Wepf R., Wiesendanger R. Penetration pathways of fluorescent dyes in human hair fibres investigated by scanning near-field optical microscopy. Journal of Microscopy. 2000;200(Pt 3):179–186. DOI: 10.1046/j.1365-2818.2000.00774.x.

Rogers G. E. Known and Unknown Features of Hair Cuticle Structure: A Brief Review. Cosmetics. 2019;6(2):32. DOI: 10.3390/cosmetics6020032.

Fei-Chi Yang, Yuchen Zhang and Maikel C. Rheinstadter. The structure of people’s hair. Copyright 2014 Yang et al. DOI 10.7717/peerj.619

Qiaoyue Man,Lintong Zhang and Youngim Cho. Efficient Hair Damage Detection Using SEM Images Based on Convolutional Neural Network - Department of Computer Engineering, Gachon University, Seongnam 1342, Korea - Appl. Sci. 2021, 11(16), 7333; https://doi.org/10.3390/app11167333

ГЛАВА 2. Кератин, СМС и липиды. Почему химический состав волосы управляет окрашиванием.

2.1. Волос как химически активный материал

Видимая часть волоса не содержит живых клеток, не имеет кровоснабжения и не способна к биологическому восстановлению. Однако это не делает волос химически пассивным материалом. Волос реагирует на воду, изменение pH, температуру, окислители, восстановители, поверхностно-активные вещества и компоненты косметических продуктов [1], [2].

При окрашивании краситель взаимодействует не с абстрактным «полотном», а с конкретной биологической структурой. Эта структура состоит из белков, воды, липидов, пигментов, следовых элементов и межклеточного мембранного комплекса. Каждый из этих компонентов влияет на проникновение молекул, скорость реакции, равномерность окрашивания, стойкость цвета и риск повреждения волоса [1], [2], [3].