“Прекрасно только то, что
естественно…”.
Вольтер
1. Введение
Вашему вниманию представлена научно-исследовательская работа (НИР) “Изменение свойств и структуры волос в процессе их окраски”, ставшая лауреатом 1 степени на Всероссийском конкурсе “Первые шаги” в 2011 году в номинации “Проблемы, поставленные современной жизнью” и рекомендованная к публикации.
Выбранная тема, безусловно, актуальна: сохранение здорового образа жизни является одной из важнейших задач современности, а вопрос влияния химических красителей на волосы подростков недостаточно изучен. Новизна выбранной темы объясняется отсутствием аналогичных исследований, проводимых школьниками. Предложив ученикам студии “Шарм” данную тему для изучения и исследования, я преследовала разу несколько целей: привлечь детей к одной из проблем, поставленных современной жизнью, а также заинтересовать учеников совместной аналитической и научно-исследовательской деятельностью.
Объект исследования - волосы, предмет исследования - химических процессы, происходящие во время их окраски и их влияние на структуру и свойства волос.
Для выполнения поставленных целей возник целый ряд задач, которые необходимо было решить: расширить теоретические знания детей по химии, биологии и парикмахерскому искусству; освоить школьную цифровую установку “Архимед” ( Бондарева О.И. “Особенности работы с Цифровой лабораторией “Архимед”, М., 2003); ознакомить детей с устройством микрометра и правилами работы с ним; научить строить графики зависимости времени окраски и концентрации используемых красок от толщины и структуры волос по результатам исследований и анализировать полученные результаты; выполнить презентацию к защите НИР в программе “PowerPoint”.
Для выполнения исследовательской работы были использованы следующие приспособления и материалы: кисточки и фольга для окраски волос, перекись водорода медицинская 3%,гидроперит в таблетках, кремообразная перекись водорода – 6, 9, 12 %, 30 %; порошкообразная краска для мелирования волос до 8 тонов осветления “Ревлон”.Краска выбрана одного вида – для чистоты эксперимента и потому, что она – наиболее востребована для осветления и обесцвечивания волос. Все исследования проводились в кабинете биологии и в студии “Шарм” при полном соблюдении правил техники безопасности.
2. Основное содержание
2.1. Теоретическая часть нир
Волосы характеризуются следующими физическими свойствами: густотой, длиной, толщиной, жесткостью, прочностью, эластичностью, пористостью, формой, упругостью, гигроскопичностью (Власов ПР.И. “Парикмахерское искусство”, М. Высшая школа, 2008 г; Гутыря Л.Г. “Парикмахерское искусство”, М., 2009 г.).
Ученые доказали, что самый большой риск разрушения волос вследствие химического воздействия на них - в возрасте от 13 до 17 лет (Панченко О.А. “Стрижки, мелирование, прически”, Санкт-Петербург, 1997 г.).
Практически все современные красители волос, а также составы для химической завивки используются вместе с перекисью водорода. Перекись водорода – очень близкая родственница воды и по своей химической формуле отличается от неё только одним лишним атомом кислорода. Но этот лишний атом придает перекиси свойства, очень сильно отличающие её от обычной воды. В 1818 году французский химик Луи Жак Тенар открыл перекись водорода, которой тут же нашлось применение в медицине, биологии, парикмахерском искусстве (Морозов И.В., Болталин А.И., Карпова Е.В. Учебное пособие для студентов 1 курса “Неорганическая химия”, изд. Московского Университета им. Ломоносова, 2003).
2.2. Экспериментальная часть НИР
Для проведения исследований были использованы здоровые и окрашенные волосы разных возрастных категорий, которые мы разделили на три группы в зависимости от их толщины: толстые (толщиной 85-100 мкм), средние (толщиной от 70 до 85 мкм), тонкие (толщиной 50-70 мкм). Толщину волос до и после окраски замеряли микрометром, время – секундомером. Толщина волос во всех образцах замерялась в нескольких точках, на графиках звездочкой *обозначены средние значения толщины каждого, отдельно взятого образца. Контроль изменения внешнего вида образцов до и после окрашивания проводился визуально, изменение структуры луковицы и чешуйчатого, коркового слоев волоса – под микроскопом, изменение жесткости, прочности, эластичности образцов – на ощупь.
На рисунке 1 представлена зависимость времени окрашивания здоровых волос от их толщины смесью 6 % перекиси водорода и краски для мелирования волос “Ревлон”. Толстые волосы обозначены красным цветом, средние – синим, тонкие – зеленым. Из данных построенного графика прослеживается прямо пропорциональная зависимость между временем окраски волос и толщиной образца: чем толще волосы, тем дольше длится его окраска. Звездочкой * обозначен каждый, отдельно взятый образец волос.
Рис.1 Зависимость времени окрашивания волос от толщины волос
На рисунке 2 представлена зависимость времени окрашивания здоровых волос от их толщины смесью 9 % перекиси водорода и краски для мелирования волос “Ревлон”. Толстые волосы обозначены красным цветом, средние – синим, тонкие – зеленым. Из данных построенного графика прослеживается прямо пропорциональная зависимость между временем окраски волос и толщиной образца: чем толще волосы, тем дольше длится его окраска. Звездочкой * обозначен каждый, отдельно взятый образец волос.
Рис. 2. Зависимость времени окрашивания здоровых волос от их толщины
На рис.3 представлены результаты исследований окрашивания здоровых волос разной толщины смесью 12 % перекиси водорода и краски для мелирования волос “Ревлон”. Толстые волосы обозначены красным цветом, средние – синим, тонкие – зеленым. Из данных построенного графика прослеживается прямо пропорциональная зависимость между временем окраски волос и толщиной образца: чем толще волосы, тем дольше длится его окраска. Звездочкой * обозначен каждый, отдельно взятый образец волос.
Рис.3. Зависимость времени окрашивания волос от их толщины
В таблицу 1 внесены все данные рисунков 1-3, т.е. результаты зависимости концентрации используемой перекиси водорода и времени окраски от толщины здоровых волос, полученные эмпирическим путем.
Табл.1
Структура здоровых волос после окраски изменилась. Измеряя толщину волос после окраски микрометром, мы убедились, что она увеличилась. Визуальный контроль внешнего вида волос и рассмотрение их под микроскопом после первого же окрашивания показали: волосы потеряли свою эластичность, прочность, имели тусклый и нездоровый вид. Рассмотрение образцов под микроскопом показало изменение структуры луковицы, утолщение коркового слоя стержня, увеличение пористости.
На рис.4 показаны кривые зависимости концентрации перекиси водорода от толщины здоровых волос в процессе окраски смесью перекиси водорода и краской для мелирования “Ревлон”. Толстые волосы обозначены красным цветом, средние – синим, тонкие – зеленым. Для исследований были взяты концентрации перекиси водорода 6%, 9%, 12 %,15%, 18 %.
Рис.4. Зависимость концентрации перекиси водорода от толщины здоровых волос
На рис.5 показаны кривые зависимости концентрации перекиси водорода от толщины ранее окрашенных, тусклых и больных волос в процессе окраски их смесью перекиси водорода и краской для мелированияРевлон. Толстые волосы обозначены красным цветом, средние – синим, тонкие – зеленым.
Рис.5. Зависимость концентрации перекиси водорода от толщины окрашенных волос
В таблицу 2 внесены данные графиков на рисунках 4 и 5.
Табл.2
Изучая данные таблицы 2, полученные эмпирическим путем, можно сделать выводы:
- Концентрация перекиси водорода в краске для мелирования здоровых волос самая большая.
- При вторичной и последующей окраске волос необходимо уменьшать концентрацию перекиси водорода - ближе к нижнему пределу, указанному в таблице 2. Время окрашивания при этом увеличится, что мы доказали ранее, но сам процесс будет более щадящий для волос.
В таблицу 3 внесены значения изменения толщины разных типов волос до и после окрашивания. Замер толщины проводился микрометром в разных участках образца. В таблицу вносилось среднее значение толщины каждого, отдельно взятого образца. Итак, окрашенные волосы становятся толще от 2 до 5 % по отношению к первоначальной толщине. Тонкие волосы утолщаются значительно больше. Изучение волос проводилось визуально, на ощупь, образцы исследовались под микроскопом. Измерение толщины производилось микрометром. Для всех типов волос наблюдается изменения внешнего вида после окрашивания: внешне волосы выглядят сухими, тусклыми, безжизненными, наблюдается иллюзия увеличения густоты волос за счет увеличения их толщины; на ощупь становятся более сухие, менее эластичные; увеличивается жесткость волос; уменьшается их прочность.
Табл.3
Наблюдения под микроскопом показали увеличение пористости волос, изменение первоначальной структуры луковицы, стержня, коркового слоя.
В таблице 4 представлены основные типы и механизмы реакций при мелировании волос смесью перекиси водорода 6, 9, 12 % и краски “Ревлон”.
Табл.4
Из данных таблицы, полученных эмпирическим путем, можно сделать следующие выводы:
- Реакция ( реакции 6, 8, 10) взаимодействия перекиси водорода с водой (при приготовлении составов необходимой концентрации использовался расчет по правилу креста) – эндотермическая, обратимая; среда – кислая.
- Реакция окрашивания волос смесью (реакции 7, 9, 11) перекиси водорода и краски “Ревлон” - также окислительно-восстановительная, но экзотермическая; идет при температуре тела, т.е. при нагревании, среда - щелочная;
- При повышении температуры равновесие в экзотермической реакции смещается в сторону исходного вещества, в эндотермической - вправо (принцип Ле-Шателье);
- При увеличении концентрации перекиси водорода наблюдается уменьшение ее кислотности (рН изменяется от 4.59 до 6,34);
- При увеличении концентрации перекиси водорода в мелирующей смеси с краской “Ревлон”показатель щелочности среды возрастает (рН возрастает от 8,75 до 9,6), что оказывает очень вредное воздействие на волосы.
- В щелочных растворах процесс разложения пероксида водорода ускоряется и сопровождается нежелательным выделением кислорода. Это приводит к повреждению волоса.
3. Окончательные выводы и рекомендации
1. Выбор способа окраски волос зависит от их структуры, состояния кожи головы.
2. Выбор препаратов для окраски волос и их концентрация зависят от типа и цвета волос.
3. Концентрация используемой перекиси водорода в красителе зависит от толщины и состояния волос.
4. Все химические красители оказывают сильное воздействие на волосы.
5. В щелочных растворах процесс разложения пероксида водорода ускоряется и сопровождается нежелательным выделением кислорода, что приводит к сильному повреждению волоса.
6. Чем темнее и толще волосы, тем больше концентрация перекиси водорода в краске.
7. Чем лучше состояние волос, тем дольше процесс окраски волос.
8. В результате окраски волосы теряют блеск, эластичность, прочность, становятся более пористыми, изменяется структура луковицы, коркового слоя, стержня. Луковица может полностью разрушиться. Самый большой риск разрушения - в возрасте от 13 до 17 лет. В процессе окраски создается иллюзия увеличения густоты волос за счет временного увеличения толщины волос, особенно тонких.
9. Большой вред здоровью и состоянию волос оказывает их окраска химическими красителями, содержащими перекись водорода, особенно в возрасте от 13 до 17 лет.
Для сохранения красоты и здоровья волос рекомендуется использовать натуральные или оттеночные красители, не содержащие перекись водорода. Рекомендуется использовать укрепляющие маски, делать массаж головы, придерживаться советов медиков о рецептах правильного питания (тема другого, не менее важного исследования). Если Вы будете придерживаться этих советов и рекомендаций, Ваши волосы будут очень долго здоровыми и красивыми!