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专禹
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1 林業研究季刊 29(2):89-96, 論述植物色素應用於染髮劑之介紹 Introduction to Apply Botanical Pigment for Hair Dye 陳麗舟陳合進陳載永 Li-Chou Chen 1 Ho-Chin Chen 2 Tasi-Yung Chen 3 一前言人類染髮已有千年歷史, 唐朝孫思邈著備急千金要方中記載用醋煮黑大豆, 熬濃湯汁可將頭髮染黑 ; 清朝記載著白髮染黑的藥方如 : 蝌蚪黑桑椹各半斤裝入瓶內密封, 等儲存百餘日後, 化成泥湖狀, 拿來塗鬚髮可永黑如漆, 可見染髮歷史的久遠現今白髮染黑已不稀奇, 隨著追求時尚的整體美, 也為了在黑色頭髮上創造出獨特豐富的色彩與輕柔感, 將黑髮漂白, 再染上各種色彩, 才是當今的流行趨勢 ACNielsen 在 2004 年所做的調查 (Stevn, 2005), 顯示染髮人口高達 80%, 已超過燙髮人口 (75%), 這數據顯示染髮已成為追求流行的重要元素之一然而, 這龐大市場所帶來的商機背後, 卻也隱藏著危害健康的殺手美國流行病學期刊研究報告指出, 在 1980 年前就長期使用深色持久型染髮劑, 使用時間持續二十五年以上者, 罹患非霍奇金氏淋巴瘤 (non-hodgkin slymphoma) 的機率較常人高出 40% 而染髮劑中對苯二胺 ( 簡稱為 PPD) 是主要的過敏源, 儘管使用合格的商品, 仍有不少染髮後會產生過敏的反應, 例如 : 紅腫發癢甚至產生濕疹的症狀且對苯二胺類化合物在動物試驗, 經口餵食後確實有證據顯示可能會導致泌尿道肝臟皮膚乳腺前胃甲狀腺或淋巴系統的癌症 ( 經靖,2000) 根據英國獨立報 2004 年 10 月報導, 一名英國女性使用知名化妝品公司法國萊雅 (L'OREAL) 集團旗下卡尼爾研究中心染髮劑後過敏致死, 雙方以二十萬英鎊 ( 約一千二百萬元台幣 ) 和解此外還有十數名女性也因使用其染髮劑導致嚴重灼傷針對上述醫學研究所提出的報告, 如將傳統植物的天然色素運用在染髮劑上, 可降低皮膚的敏感度及減少對人體的傷害, 其製程亦能降低對環境的污染, 也可為染髮市場帶來新的契機目前天然染料用於染織工藝已有相當成熟的技巧, 馬芬妹 (1992) 將部份的天然植物色素應用在羊毛與蠶絲之染色, 處理後均有極佳之穩定性因此, 本報告將以常見的植物染色素做為探討方向, 以便了解其運用在染髮劑配方之可能性, 並做為日後染髮劑業者研發之參考 1. 樹德科技大學應用設計研究所研究生 Graduate student, Graduate school of Applied Art & Design, SHU-TE University 2. 樹德科技大學生活產品設計系暨應用設計研究所助理教授 ( 通訊作者 ) 高雄縣燕巢鄉橫山路 59 號 Assistant professor, Dept. of Product Design, SHU-TE University (Corresponding author), 59 Hun Shan Rd, Hun Shan Village, Yen Chau, Kaohsiung County, Taiwan 中興大學退休及兼任教授 ; 中州技術學院講座教授 Emeritus and Adjunct Professor, National Chung Hsing University, Taichung; and Chair Professor, Chung-Chou Institute of Technology, Changhua Taiwan.

2 90 植物色素應用於染髮劑之介紹二染髮劑之分類現今市售染髮劑普遍為化學有機合成染髮劑, 其因色彩多樣化水洗後褪色程度較植物性天然染髮劑低, 因此廣受人們所接受而化學性染髮劑又可分為 : 暫時性染髮劑半永久性染髮劑永久性染髮劑等三種劑型 1. 暫時性染髮劑暫時性染髮劑和其他氧化型染劑最大的不同, 其主要作用是暫時將色料直接覆蓋在毛髮的表皮層且不經過氧化作用, 因此較不傷髮質, 其所用的色料大部分為碳黑或無機顏料等, 將人工色料利用塗抹或噴灑於頭髮之表面, 且會因水洗而使顏色褪去, 並不會將色料停留在頭髮上者稱為暫時性染髮劑依產品特性不同, 所以區分為油脂性與樹脂性兩類油脂性染劑是以顏料添加在油脂性原料中, 攪拌後成棒狀或糊狀居多, 且易受到外界刺激等理化作用而造成脫落, 因此只有部份染色產品屬於此類型而樹脂性染劑主要是使顏料平均分散於樹脂溶液中, 此類產品以製成噴霧型居多, 其特性容易附著於毛髮之上, 較不易因受外界刺激而脫落, 其缺點為使用時容易噴灑到皮膚而造成臉部的污染 ( 南野博美岩本佳倫,1991) 其類型可分為: 臘狀霜狀膏狀噴霧型洗髮添加劑等暫時性染髮劑比氧化型染髮劑的安全性高且使用方便, 一般普遍用來暫時遮蓋白髮或特殊造型時使用 2. 半永久性染髮劑半永久性染髮劑能將色素停留在頭髮的時間比暫時性染髮劑長, 其原因是將色素滲入毛鱗片與皮質層之間, 但不會與頭髮色分子結合, 其所染之色素可持續 5-8 次洗髮, 每次洗髮會使色素逐次褪色目前市售之半永久性染髮劑以酸性染及鹼性染居多, 其化學式如圖所示主要成分大都為偶氮 (azo) 類酸性染料及苯甲醇 (benzyl alcohol) 等溶劑製成而深色型半永久性染髮劑之深色色素為醋酸鉛, 醋酸鉛可以滲入頭髮表皮層和裡面蛋白質上的硫反應, 形成一種深色的化合物 - 硫化鉛 ( 張治,2005) 其類型可分為 : 膏狀型液態狀型及護髮型半永久性染髮劑等三類護髮型之半永久性染髮劑, 此類染髮劑是藉由苯甲醇等溶劑使色素進入皮質層內, 其上色機制在於不須經過氧化氫的氧化作用亦可使染料沉澱於皮質層內, 使色素附著於毛髮上並且顯色但由於半永久性染髮劑的缺點是很容易因水洗而褪色, 因此部分的半永久性染劑亦會使用低濃度的雙氧乳如 :1.5%-3%, 其添加低濃度雙氧乳的機制是用來增加色素滲透, 但成效比一般酸性染佳且可延緩褪色時間, 但仍舊會褪色圖 2-1 C.I 與 CAS Red NO 結構之差異圖 (JOS.H.LOWENSTEIN&SONS,Inc.)

3 林業研究季刊 29(2):89-96, 圖 2-2 不需添加雙氧水而能自動氧化發色之染料結構圖 (JOS.H.LOWENSTEIN&SONS,Inc.) 圖 2-3 氧化染料 HC RED NO3 之化學結構圖 (JOS.H.LOWENSTEIN&SONS,Inc.) 3. 永久性染髮劑永久性染髮劑須與過氧化氫結合才能達到顯色及不褪色目的永久性染髮劑之成分含有氧化染料鹼性基劑與界面活性劑, 其氧化染料是藉由氧化機制形成染料前軀體及顯色劑其前軀體為 O P M-aminophenol,O 即為 ortho-aminophenol, 此化學物用於毛皮及頭髮之染料, 為偶氮及含硫染料之中間體 ;P 為 para-aminophenol 對 - 氨基酚, 其作用為紡織品頭髮毛皮和羽毛之染色照相顯影劑 ; M 為 meta-aminophenol 間 - 氨基酚, 其作用為染料中間物, 此三者結合而成染料前軀體顯色劑則是 phenylenediamine 苯二胺, 其作用為製造染料 ( 化學化工百科辭典 ) 顯色劑會與染料前軀體結合而形成各種色調, 加入鹼劑之目的是為促進毛髮中的黑色素氧化分解一般操作永久性染髮劑會添加不同濃度之過氧化氫如 :6% 9% 12%, 每種濃度所需之氧化時間亦不相同例如 : 濃度 6% 的 H2O2 所需氧化時間為 20 min, 濃度 9% 所須時間則為 45 min, 其 12% 則需 60 min, 以達到褪色及上色之目的其原理是利用過氧化氫將毛鱗片表面膨脹, 讓人工色素滲透到皮質層, 且因和 H2O2 混合的染劑色素分子會膨脹變大, 因此人工色素即可停留在毛髮的皮質層中, 並且不會因水洗而褪色永久性染髮劑都分為兩部分, 第一部分是染色劑之阿摩尼亞成分, 第二部分是過氧化氫 (Hydrogen peroxide,h2o2) 溶液阿摩尼亞的作用是使鱗狀表面膨脹打開, 如此過氧化氫和染色劑就很容易進入表皮層與蛋白質接觸過氧化氫先氧化使髮色漂白, 然後染色劑和氧再反應形成新的顏色這些染色劑在碰到過氧化氫時, 會慢慢因氧化而加深顏色不同的染色劑可以產生不同髮色, 其完全決定於染色劑的化學成分例如 : 成分中紅色是用 2-nitro-pphenylenediamine, 如果間苯二酚 (resorcinol) 的成分加多, 頭髮就會呈現黃色過氧化氫的濃度決定其氧化速度的快慢, 濃度越高其氧化速度更快, 但相對色素流失更快更多

4 92 植物色素應用於染髮劑之介紹三天然植物性染料介紹 1. 染料歷史古代文獻中記載人類運用植物染料已有千年歷史, 從埃及至中國皆有記載著關於天然染料之運用根據天工開物中記載, 中國古代最早利用植物作為染料, 可追溯至周朝在周朝從事染色之人稱為染人又稱染草之官, 也就是專門管理染色的職官 ; 而之後的歷代王朝更設有專門管理染色的機構, 如在秦代設染色司 ; 唐宋設有染院 ; 明清則設有藍靛所當時官方的染色管理機構, 所用的染料或顏料全是萃取大自然的礦物與植物染料而現今的染料種類更為繁多, 可分為天然植物性染料煤染料金屬性染料及現今所使用的化學合成有機染料等 2. 天然植物性染料中國古代織物之天然著色劑皆以植物染料為主對植物染料的開發與應用最鼎盛時是明清兩代, 當時染色用植物品種多達數十種, 且皆具備消炎及殺菌的功效, 因此現今的紡織品仍利用這些具殺菌的天然植物, 作為天然抗菌劑而天然染料包括 : 植物性染料動物性及礦物性其大都利用植物或樹木的根莖葉花皮種子與果實等 ; 或部分動物性染料如胭脂蟲及礦物, 將其運用於動物皮革人類的指甲頭髮之染色或彩繪手掌亦使用於黥面之圖騰上中國古代常用的植物染材種類繁多, 以紅棕色為例有 : 茜草 (Rubia cordiolia Linn) 紅花 (Carthamus tinctorius L) 蘇木 (Cacsalpinia Sappan L) 檳榔 (Areca catechu) 紫草 (Lithosper mum erythrorrhizon sieb.et Zucc) 薯榔 (Dioscorea rhipogonioides) 指甲花 (Impatiens balsaminal) 等, 上述之植物皆有極佳的染色性, 時至今日仍被廣泛的使用植物性染料有效成分的化學分類如 : 恩焜類黃酮類靛類及帖類等其化學結構上大多含有羥基甲氧基羰基羧基等 3. 植物色素萃取 (1) 茜草色素萃取茜草屬的植物種類多, 其色素成分不盡相同, 茜草色素的各種成分都是系衍生物, 色調雖然都是以紅色為主, 但也有偏黃光和偏紫光的差異, 但都可用於染紅色茜草色素的水溶性不佳, 只能於高溫狀態下分散在水中, 當溫度低或攪拌不足時, 色素會沉澱在燒杯底部化工辭典 (1989) 中介紹純化的茜草色素, 紅色針狀晶體, 熔點 , 易昇華, 幾乎不溶於水, 可溶於乙醇和乙醚茜草的色素溶出試驗, 依照 ( 中國紡織資訊網論壇 ) 茜草在不同溶劑中的色素溶出觀察結果如 ( 表 1 所示 ) ( 茜草根 2.5 g, 溶劑 250 ml ) (2) 紅花色素萃取表 1. 茜草在不同溫度中呈現之色彩 ( 溶劑自來水 10% 乙醇水溶液碳酸鈉 2g / 溶液燒鹼溶液 1g / 溶液室溫無色橙紅紅 80 微紅深紅 ++ 深紅 + 深紅 +++ (+ 號的多少表示色深程度 ) 紅花素在酸性水溶液中不溶解, 但可溶解在鹼性溶液, 此外在中性冷水中不溶, 但可溶解於中性熱水中紅花色素萃取方法是, 將紅花以冷水浸泡 2hr, 以便先抽出黃色素至澄清為止, 如此重複三次後, 再將紅花浸泡於木灰水 2hr, 或以 50% 的碳酸鈉溶液使紅色素釋出, 將所得紅色染液再以減壓迴旋濃縮機進行濃縮

5 林業研究季刊 29(2):89-96, (3) 蘇木色素萃取蘇木色素萃取方法是, 取蘇木 490 g, 以水量 1:30, 分 4 次加入材料中, 煮沸後維持 95 之溫度, 時間為 50 min 將 4 次萃取後溶液過濾 3 次, 最後利用減壓迴旋濃縮機進行濃縮 ( 陳崇裕, 王漢傑,2004) (4) 紫草色素萃取紫草色素萃取方法, 參考染整顧問中心 (1999) 天然染料萃取之方法進行萃取將 2,700 ml 乙醇加入 3 % 醋酸 54 ml( 醋酸溶液 ph 為 2.41) 與紫草 450 g 浸置 30 hr 後, 過濾 3 次, 之後利用減壓迴旋濃縮機進行濃縮 (5) 薯榔色素萃取薯榔的根莖切面原本是淡紅色, 遇到空氣很快變成深紅色, 將薯榔表皮洗刷乾淨, 去皮切片放入清水中, 將表面的灰塵或雜質洗掉薯榔色素萃取方法為, 將洗乾淨的薯榔放入清水中浸泡 min, 以 50g 薯榔切塊加入 20 倍純水使溶液量為 1000 ml( 亦可以果汁機打碎 ) 一起放入鍋中, 以文火煮沸 30 min 後收量過濾, 並調至 700 ml 液量如此煎煮八次過濾後, 以減壓迴旋濃縮機進行濃縮 (6) 檳榔色素萃取檳榔色素萃取方法為, 撿拾檳榔落果, 只要未腐朽之種仁, 大小新舊皆可利用, 將乾掉的檳榔種子皮剝去, 選取裡面的種仁當作檳榔染的原料將檳榔種仁搗碎後, 加入適量清水, 放入鍋中煮成染汁, 其萃取需來回煮三次, 將所萃取之染液過濾後以減壓迴旋濃縮機濃縮 (7) 指甲花色素萃取中草藥成分化學分析 ( 林啟壽, 1977), 指甲花的有效成分為指甲花的黃色針狀晶體, 熔點 192 ( 分解 ), 得自指甲花葉中 ; 鳳仙花的有效成分為 2- 甲氧基 -1,4- (C11H3O3), 是指甲花的甲基醚, 也為黃色針狀晶體, 熔點 183.5, 存在於鳳仙花 (Impatiens balsamina L.) 花中當色素曝曬於陽光以及空氣中, 其色素將轉變為新的元素, 使染後髮色呈現更為深紅而指甲花色素萃取方法為, 將指甲花葉子搗碎後, 用水量為 1:30, 分 4 次加入等量的水, 煮沸後, 維持 95 之溫度 50 min 將 4 次萃取後溶液過濾 3 次, 最後利用減壓迴旋濃縮機進行濃縮 4. 各種天然染材之比較各類天然植物染材皆有其不同特性及顏色, 在染材的選取與色素取得萃取方式及利用加工等都不盡相同, 因此在選用染材時應評估其優缺點如 ( 表 2 所示 ) 5. 植物染料與化學染料之差異性表 2. 各天然植物染材之比較表名稱取材部位色素成份主要顏色萃取方法染材優缺點藥理性質茜草根部茜根素土紅乙醇或乙醚色素需以溶液萃取具抑菌功效紅花花紅花素胭脂紅鹼性溶液或熱水材料價錢昂貴抗菌消炎蘇木心材蘇木紅素深紅純水加熱濃縮材料價錢昂貴具殺菌效果紫草根部紫草暗紫色乙醇或醋酸色素需以溶液萃取抗菌抗癌薯榔塊莖單寧酸茶色純水加熱濃縮材料不易取得防蟲與防潮檳榔果實檳榔鹼紅褐純水加熱濃縮成分含微量毒物抑制皮膚真菌指甲花葉片鳳仙甾醇橙紅色純水加熱濃縮安全接受度高具殺霉菌功效植物染材之四大優點為 :1. 盡量運用修剪後的植物廢棄枝葉, 如此在材料的取得不會造成生態失衡與環保顧慮 2. 取材於天然植物不具毒性, 且不會產生任何危險 3. 選擇植物產

6 94 植物色素應用於染髮劑之介紹量大而成本低廉, 染材以色素含量高, 且色彩具有良好的染色堅牢度 4. 植物染材既經濟又環保, 而植物性染料的種類最多, 應用的範圍也最廣泛植物色素與一般化學合成色素差異在於化學合成色素方便, 色彩鮮豔, 但容易造成過敏及致癌疑慮而天然色素的安全性高, 但著色性耐光性與耐水性較差, 價錢也比一般合成染料貴植物染料與化學染料之差異性比較如 ( 表 3 所示 ) 表 3. 植物染料與化學染料之差異性項目天然染料化學染料萃取時間較長費時費工較短省時省工色彩飽和度色彩較自然, 但較不鮮艷色彩鮮麗色牢度易褪色不易褪色成本較高較低毒性有些植物染料不具毒性, 可染食物較高, 容易引起過敏污染程度植物染料易於分解, 較少污染且較環保人工化學染料不易分解, 易造成污染四結論天然植物染料是以植物體某一部份含有色素成分, 可調製染料, 以供食品紡織工藝品等作為染色用因此從天然植物中萃取的色素大都以純水及可回收易揮發之乙醇等溶劑萃取, 其色素安全可靠又環保, 且植物本身所含的藥理特性, 及其所呈現天然色擇, 更是化學染劑所無法做到的而化學染料除了使用上方便外成本較低, 但對於環境及人體的傷害較大, 因此選擇天然植物色素添加於染髮劑的配方, 可有效減少製造過程中對環境的污染外, 在染髮過程中亦可減少化學染劑中 (PPD) 對人體皮膚的刺激性, 及降低過敏原及致癌的危險性五參考文獻吳白玫廖梅英鄭秋真周勳修 (2000) 院衛生署藥物食品局美髮染髮劑中氧化染髮成分分析方法探討及市售之品之含量調查藥物食品分析, 第五卷第一期 99 頁吳壽全趙泰等 (2002) 中草藥成分化學現代中草藥成分化學中國醫藥科技出版社林啟壽 (1977) 中草藥成分化學科學出版社經靖 (2000) 膀胱癌藥學雜誌, 第十六卷第二期 89 頁張治 (2005) 染髮的化學科學發展 387 期頁光井武夫 (2003) 新化妝品學合計圖書出版社台北馬芬妹 (1992) 檳榔薯榔傳統植物染色之研究台灣手工藝 45 期頁馬芬妹 (1995) 紅色系天然染料蠶絲羊毛染色之研究, 台灣手工藝,56 期,30-65 頁陳千惠 (2002) 台灣植物染大樹文化事業, 台北陳景林馬毓秀 (2002) 大地之華 - 台灣天然染色事典台中縣立文化中心, 學禾有限公司台中縣黃榮茂王禹文林聖富楊得仁 (1992) 化學化工百科辭典曉園出版社蔣世寶 (2002) 中國傳統天然染色之顯色關係研

7 林業研究季刊 29(2):89-96, 究 - 以植物染色之紅色系為例國立雲林科技大學, 碩士論文陳崇裕王漢傑 (2004) 蘇木色素於半永久性染髮劑支配芳探討及有效評估樹德科技大學學報, 第六卷, 第一期陳碧棠 (2001) 台灣植物染料染化資訊 ( / 陳福安 (1996) 紫草素的安定性及配方研究台北醫學院藥學研究所, 博士論文許宏遠 (1980) 中藥材之研究, 新醫藥出版社, 台北楊惠玲陳崇裕 (2003) 紫草添加於唇膏類化妝品的可行性評估樹德科技大學應用設計研究所, 碩士論文傅麗玉 (2004) 原住民生活世界的科學泰雅染織原住民教育季刊,36 卷 5-32 頁南野博美岩本佳倫 (1991) 一時染毛研究開發進步課題 Fragrance Journal 頁 Stevn (2005) 台北今日報消費生活 ( /www. taipeitoday.com.tw/mod.ules)

8 96 植物色素應用於染髮劑之介紹

coating 5.9~6.2g/d 6.5g/D g/d 90% High count 二 10 丹以下細丹尼纖維 : 28

coating 5.9~6.2g/d 6.5g/D g/d 90% High count 二 10 丹以下細丹尼纖維 : 28 高質化耐隆纖維介紹台化公司纖維二部前言 : 30% (Super-High Count 0.5dpf ) 10 MONO 一超細丹尼纖維 (Super-High Count 0.5dpf 以下 ): 40D/34F 20D/24F 1.2 0.8 High count DPF( ) 0.86 40D/34F 20D/24F High count DPF 0.5 66D/136F 20D/48F