Колір, заради якого можна пофарбуватись Understand article

Переклад Валентини Дубовик. За останне століття загальна хімія фарбників для волосся мало чим змінилась. То що ж ми знаємо про ризики фарбування свого волосся та…

Кожні два місяці Берклі Каннінгхам (Barclay Cunningham) проходить через процес, що починається з прийняття антигістамінової таблетки. Через кілька годин, вона наносить товстин шаром антигістаміновий крем по всьому периметру чола та навколо вух і шиї. Під кінець, вона покриває ділянку розірваними пластиковими пакетами. 

І все це аби пофарбувати своє волосся. 

Але так було не завжди. Берклі роками фарбувала своє волосся без будь-яких проблем. Одного дня, після фарбування, вона помітила запалення шкіри навколо вух. Після чого вона почала формувати захисне покриття із пластикових пакетів та продовжувала фарбування. Так як алергічна реакція не зникала, захист шкіри ставав все ретельнішим. Тепер, якщо вона фарбує волосся без цих застережень, у неї виникає свербіж, з’являються пухирі та гнійні висипання, що тривають тижнями. 

Страждання заради пофарбованого волосся не є феноменом сучасності. Люди фарбували волосся на протязі тисячоліть (дивитись додаток). Хімічна історія сучасних фарб показує, що колись вони були частиною інноваційної індустрії, але прогрес зупинився, і наразі виробництво покладається на хімію якій вже 125 років. 

 

Довга традиція

Як показують археологічні свідчення, використання фарбників людьми датується ще палеолітичним періодом. Стародавні люди використовували грунтовий оксид заліза для фарбування своїх хиж, тканин та тіл у червоний колір. Незадовго потому вони почали використовувати фарбники і для свого волосся. 

Стародавні египтяни також фарбували своє волосся, але рідко доки воно ще було на їхніх головах. Вони повністю голили його, потім закручували та вплітали в перуки, які потім і захищали їх голови від сонця. Аналіз зразків волосся також виявив, що греки та римляни використовували перманентну чорну фарбу для волосся. Для цього вони змішували оксид свинцю із гідроксидом кальцію, щоб утворити наночастинки сульфіду. Останні формуються коли хімічні речовини взаємодіють із сірковими зв’язками в молекулах кератину – головний білок волосся. Коли пряме використання свинцю виявилось занадто токсичним, римляни змінили формулу свого барвника. Тепер чорну фарбу виготовляли за рахунок бродіння п’явок у свинцевій посудині. У наші дні, процес є більш приємним! 

Магія змішування

Блакитне волосся раніше
символізувало майбутнє.
Модель: Jamie Dietrich

Зображення надане Kevin
Dooley; джерело малюнку:
Wikimedia Commons

Розуміння фарбників, що використовуються для волосся не є таким простим як розуміння палітри кольорів. На художніх заняттях нас вчать, що будь-який колір можна отримати завдяки змішуванню трьох основних кольорів, червоного, жовтого та синього. А саме, для отримання помаранчевого кольору, потрібно змішати жовтий та червоний; для фіолетового – червоний та синій; а для коричневого, потрібні всі три. 

Коли доходить до волося, косметологів/перукарів вчать тому самому, що коричневу фарбу утворюють комбінацією з трьох різних барвників. «Така інформація є неправдивою» говорить Том Деспенза (Tom Despenza). Том роками працював над дослідженням та розробкою фарб для компанії Clairol. Наразі він на пенсії та має свою власну компанію з розробки та продажу фарб для волосся. 

«Коричневий колір волосся утворюється максимум із двох хімічних речовин» говорить Том. Самі по собі хімічні речовини не мають кольору, але при змішуванні проходить хімічна реакція, в результаті якої утворюється коричневий колір. 

Зазвичай перукарі не використовують пігменти (принаймні не у випадку перманентних фарб для волосся), а застосовують суміш хімікатів, що ініціюють появу фарбнику. Окремі молекули речовин мають поєднатись задля утворення кольору, тому аби реакція відбулась, фарба для волосся має залишатись на голові протягом 30 хвилин. 

Барвисте відкриття

В середині 1800-х років, англійський хімік Вільям Генрі Перкін (William Henry Perkin) завдяки щасливому випадку синтезував перший не природній барвник. Працюючи з кам’яновугільною смолою він намагався сворити протималярійний препарат хінін, але натомість створив рожево-бузкову фарбу. Його відкриття різко змінило текстильну промисловість та дало поштовх нафтохімічному виробництву. Природні барвники не мали такої стійкості та яскравості створеного Перкіним барвника. Вперше щось подібне не було знайдене. 

Незабаром після цього, Август Хофман (August Hofmann) (професор Перкіна з хімії) помітив, що барвник отриманий з кам’яновугільної смоли при взаємодії з повітрям утворював колір. Молекулою відповідальною за даний процес є пара-фенилендіамін (para-phenylenediamine) або PPD, що являється основою більшості сучасних фарб для волосся.     

Окисна реакція формування фарби для волосся. Головний попередник, такий як PPD, окислюється до іміну, який потім вступає в реакцію з посередником. Внаслідок наступної окисної реакції утворюється барвник

 

Незважаючи на те, що волосся є протеїновим волокном як і вовна, процес фарбування текстилю не зовсім відповідає процесові фарбування волосся. Аби пофарбувати вовну її потрібно кип’ятити в кислому розчинові протягом 30 хвилин. Рівноцінним процесом для волосся є купання останнього в хімічному аміакові. Аміак при цьому роз’єднує захисні протеїнові шари та сприяє проникненню барвника в тіло волосини та його пігменту меланіну. 

Саме меланін надає колір людським шкірі, очам та волоссю. Співвідношення його двох типів – еумеланіну та феомеланіну – і визначає природній колір волосся, а розмір та форма його молекул та кластерів надає унікального відтінку кожній волосині. Наприклад, блондинки та брюнетки мають приблизно однакове співвідношення молекул еумеланіну та феомеланіну, але блондинки мають меншу загальну кількість обох молекул. Природньо світле волосся містить меншу кількість меланінових кластерів, що відбивають світло краще ніж великі кластери у темному волоссі. 

Поряд з аміаком, як відбілювальний елемент, фарби для волосся містять пероксид водню. Пероксид виконує дві функції: по-перше, він реагує з меланіном витісняючи його природній колір; та по-друге, він окислює PPD молекули, що дозволяє їм утворювати більші молекули. Захоплені у пастку тиким чином молекули, що випромінюють колір залишаються у волоссі, так як тепер вони занадто великі аби втекти. 

Досить швидко хіміки зрозуміли, що при включенні додаткових молекул в структуру PPD – карбон тут, нітрогени там – стало можливим маніпулювання кольору кінцевого пігменту, що значно розширило кольорову гамму доступних фарбників на основі лише PPD. Різні методи були запропоновані, хоча виробники косметичної продукції все ще мають погодитись щодо використання постійної формули барвника для волосся без включення PPD та подібної до нього речовини p-амінофенолу (p-aminophenol). 

Шкідливий спадок?

Протягом 125 років реакція окиснення PPD була в основі технологій фарб для волосся. Це «приголомшливо», говорить заслужений професор британського Університету Лідс (the University of Leeds in the UK) Девід Левіс (David Lewis). «Тепер я знаю надзвичайно багато про фарбники та фарбувальні речовини в текстильній промисловості. Ми б ніколи і не подумали використовувати їх на тканинах. Примітивні та застарілі, це перші думки, що приходять на розум. Чому люди і надалі продовжують їх використовувати для своїх голів?» говорить він. 

Левіс пішов з академії десять років тому аби започаткувати  Green Chemicals,, компанію спрямовану на виготовлення безпечніших товарів для споживача. Його компанія вже створила більш екологічно безпечні вогне-захисні речовини, наступними на черзі є ретельний огляд фарбників для волосся. 

Зелене волосся
Зображення надане Lisa
Creech Bledsoe; джерело
малюнку: Flickr

Одне із проблемних питань стосується хімічної активності барвників. За словами Левіса, молекули барвника стають пожирачами електронів. Така потреба в електронах забезпечується не лише за рахунок інших молекул барвника, а й за рахунок компонентів шкіри, тим самим сприяючи виникненню алергічних реакцій та можливо пошкоджень ДНК.

Глобально, товари для догляду за волоссям охоплють найбільшу частку індустрії краси та забезпечують майже чверть її доходів. В США, наприклад, близько 70 відсотків жінок використовують товари для фарбування волосся. 

Оцінюючи всю історію фарбників для волосся не можна втриматись, щоб не задати кілька питань: чому ж так багато людей і досі фарбує своє волосся? Навіщо проходити через затяжну процедуру та тепрпіти свербіж та запах? Щоб не керувало нашим бажанням змінити колір свого волосся, одна річ залишається певною: люди мають глибокі емоційні зв’язки щодо того, що покриває їх череп. 

Це очевидно є вірним для Берклі Каннінгхам, яка у віці 12 років почала експериментувати зі своїм волоссям та вже будучи дорослою роками продовжувала шукати правильний колір. «Мені навіть не приходили думки, щоб не фарбувати своє волосся», говорить Берклі. «Здавалось ніби колір із коробки був правильним, а той що ріс на моїй голові – ні». 

 Подяка

Дана стаття є редагованою версією статті вперше опублікованої в Mosaicw1, вебсайт що спонсорується Wellcome Trust.

Download

Download this article as a PDF

Web References

  • w1 –повну версію публікації можна прочитати на Mosaic website.

Resources

  • Для більш детального ознайомлення з хімічними властивостями різних барвників для волосся, графічні ілюстрації від компанії Compound Chemistry можна завантажити тут.
  • Історія та синтез рожево-бузкового кольору описані для вчителів на сайті Вчимо Хімію (Learn Chemistry) при Королівській Спільноті Хімії (the Royal Society of Chemistry’s). Завантажити PDF.
  • Before chemically fast dyes were made, people had to rely on natural dyes extracted from plants and animals. Indigo was a purple dye used before mauve was invented, and you can learn how to extract the dye yourself:

Author(s)

Ребекка Гуенард (Rebecca Guenard) є справжнім математиком та старанним науковцем. Підтвердженням тому стало отримання нею докторського звання в галузі хімії. Певний час вона продовжувала працювати в науці, доки не знайшла себе як наукового письменника. Наразі вона досліджує хімію здоров’я та краси. Вона писала для Фонду Хімічного Спадку (The Chemical Heritage Foundation), Діти досліджуйте (Kids Discover) та Наукова Америка (Scientific American). Побачити приклади її робіт можна на atomic-o-licious.com або слідкуйте за нею в Twitter @BGuenard


Review

Багатьох починаючих науковців приваблюють хімічні вибухи або реакції зміни кольору. Стаття демонструє наскільки корисним може бути такий інтерес та чому він має заохочуватись.

Ця стаття розповідає про розробку Перкіном пурпурного барвника та показує як цей випадковий винахід вплинув на розробку багатьох товарів споживання.

Ця причудлива істория про барвники та хімію фарб може заохотити до вивчення хімічного синтезу органічних фарбників та результатів їх використання. Складним завданням може виявитись можливість синтезу барвників в умовах школи, які потім можна використати на заняттях з мистецтва. Вчителі також можуть використовувати цю статтю щоб ознайомитись з відповідними темами по історії (історія медицини та косметичних засобів) та мистецтву (методи фарбування текстилю).


Грахам Армстронг (Graham Armstrong), Вища Школа Кінрос (Kinross High School), Шотландія




License

CC-BY
CC BY