深度剖析护发素配方及工艺

深度剖析护发素配方及工艺

护发素是日常护理头发的重要产品，其配方设计和生产工艺直接影响到使用效果。本文将从头发结构出发，深入解析护发素的配方设计逻辑、结构组成及生产工艺，帮助读者更好地理解这一产品的科学原理。

头发结构与pH值

要开发有效的护发产品，首先需要了解头发的结构。头发主要由蛋白质（约80-90%）、水分（约10-15%）、脂质（约3-5%）和微量元素组成。其中，蛋白质主要是角蛋白（keratin），这是一种含硫的纤维状蛋白。

从外到内，头发主要分为三层：毛鳞片（Cuticle）、毛皮质（Cortex）和毛髓质（Medulla）。

毛鳞片（Cuticle）

• 功能：保护内部结构，控制水分进出
• 结构：由5-10层扁平的、重叠的角质细胞组成，像鱼鳞一样排列
• 特点：
• 每个鳞片厚度约0.5-1.0微米
• 含有18-甲基二十烷酸（18-MEA），这是一种重要的脂质，赋予头发疏水性
• 健康的表皮层鳞片紧密贴合，使头发光滑有光泽

毛皮质（Cortex）

• 功能：决定头发的强度、弹性和颜色
• 结构：由长纺锤形的皮质细胞组成，占头发直径的约90%
• 特点：
• 含有大量的角蛋白微纤维，这些微纤维被称为大纤维（Macrofibrils）
• 大纤维由更小的微纤维（Microfibrils）和基质蛋白（Matrix proteins）组成
• 微纤维主要由α-角蛋白组成，呈螺旋结构
• 基质蛋白富含含硫氨基酸，形成二硫键，赋予头发强度和弹性
• 黑色素颗粒分布在皮质层中，决定头发颜色

毛髓质（Medulla）

• 功能：不完全清楚，可能与保温和光学特性有关
• 结构：位于头发的中心，不是所有头发都有髓质层
• 特点：
• 由松散排列的细胞和气泡空间组成
• 在细发中可能完全缺失
• 对头发的整体性能影响较小

在分子水平上，头发主要由以下成分构成：

• α-角蛋白 (α-Keratin)：构成头发纤维的主要蛋白质，占比高达90%。形成右手α-螺旋结构，多个α-螺旋相互缠绕形成原纤维 (Protofibril)。原纤维进一步聚集成更大的纤维束，最终构成毛皮质的主体结构。α-角蛋白的螺旋结构赋予头发弹性和韧性。
• β-角蛋白 (β-Keratin)：含量较少，主要存在于毛发、指甲和羽毛等组织中。形成折叠片层结构 (β-sheet)，而非螺旋结构。在头发中主要存在于细胞膜复合物 中，起到连接和稳定细胞的作用。
• 高硫蛋白 (High-Sulfur Proteins, HSPs)：富含半胱氨酸 (Cysteine)，半胱氨酸残基之间可以形成二硫键 (Disulfide bond)。二硫键是连接角蛋白纤维之间的重要化学键，决定着头发的强度和硬度。高硫蛋白含量越高，头发越硬，卷曲度也越高。
• 高甘氨酸-酪氨酸蛋白 (High-Glycine-Tyrosine Proteins, HGTs)：富含甘氨酸 (Glycine) 和酪氨酸 (Tyrosine)。主要存在于毛鳞片和毛皮质的细胞膜复合物 (CMC) 中。可能参与黑色素的合成和转运，并影响头发的颜色。

头发的强度和特性主要由以下化学键决定：

• 二硫键 (-S-S-)：最强的化学键，属于共价键。由两个半胱氨酸残基之间氧化形成，主要存在于高硫蛋白中。决定着头发的强度、硬度和卷曲程度。烫发、拉直等化学处理方法就是通过断裂和重组二硫键来改变头发形状的。
• 氢键 (Hydrogen Bond)：比二硫键弱，属于分子间作用力。由氢原子和电负性较大的原子（如氧、氮）之间形成。在头发中数量众多，对头发的弹性、吸水性和可塑性起着重要作用。吹风造型、湿发定型等利用的都是氢键的特性。
• 盐键 (Ionic Bond)：由带相反电荷的基团之间形成，属于静电作用。在头发中含量较少，但对头发的等电点和对化学处理的敏感性有一定影响。例如，染发剂中的碱性成分可以打开毛鳞片，就是利用了盐键的特性。
• 范德华力 (Van der Waals Force)：最弱的分子间作用力，但由于数量众多，对头发的整体结构也有一定贡献。影响头发的柔软度和触感。

了解头发的pH值也很重要：

• 健康的头发呈弱酸性 (pH 4.5-5.5)，这层酸性保护膜由头皮分泌的皮脂和汗液形成，它可以使毛鳞片（头发最外层的保护结构）紧密贴合，保持头发光滑、健康。
• 当头发pH值过高（偏碱性）时，毛鳞片就会打开，导致头发粗糙、毛躁、易断裂，也更容易受到外界环境的损伤。

不同发质的pH值需求：

• 油性发质：头皮油脂分泌旺盛，pH值本身偏低。使用弱酸性护发素可以帮助调节头皮油脂分泌，避免过度清洁，同时保持头发的自然光泽。
• 干性发质：头皮油脂分泌不足，pH值偏高，毛鳞片容易受损。使用弱酸性护发素可以帮助闭合毛鳞片，减少水分流失，并补充适量油脂，使头发更加柔顺。
• 受损发质 (如染烫后)：由于化学物质的破坏，受损发质的毛鳞片往往张开，pH值也偏高。使用弱酸性护发素可以帮助修复受损的毛鳞片，恢复头发的酸碱平衡，减少断裂和毛躁。

大多数情况下，选择pH值在4.5-5.5之间的弱酸性护发素是适合所有发质的。

护发素配方设计逻辑

在开发护发素时，首先要明确目标人群和他们的核心需求，即他们面临的头发问题是什么？

不同发质面临的问题各异：

• 干枯发质：缺乏油脂和水分，毛鳞片受损，头发干枯毛躁，缺乏光泽，易打结断裂。
• 油性发质：头皮油脂分泌旺盛，头发容易扁塌，显得不蓬松。
• 受损发质：经过烫染或环境损伤，头发毛鳞片严重受损，发芯结构受损，头发干枯分叉，缺乏弹性和韧性。

针对不同发质，护发素的设计应有所不同：

• 针对干枯发质：需要补充油脂和水分，修复毛鳞片，提升头发光泽度和柔顺度。
• 针对油性发质：需要调节头皮油脂分泌，保持头发清爽蓬松。
• 针对受损发质：需要深度修复毛鳞片和发芯结构，提升头发强韧度和弹性。
• 定型和造型需求：为某些类型的护发素提供轻微定型效果。
• 其他特殊功效需求：如防脱、控油等。

护发素配方结构解析

护发素的类型可以根据使用方式、发质需求、配方类型和市场定位进行分类。但无论哪种类型，其配方结构都可以归纳为四大核心模块：水相、油相、乳化剂和功能性添加剂。

水相成分

• 纯化水：通常占配方的主要部分（60-80%）
• 保湿剂：如甘油、丙二醇、丁二醇（3-7%）
• 水溶性调理剂：如泛醇、水解蛋白（0.5-2%）

油相成分

• 脂肪醇：如十六醇、十八醇（3-8%）
• 油脂：如乳木果油、霍霍巴油（1-3%）

乳化剂

• 阳离子表面活性剂：如1631、1831、二硬脂基二甲基氯化铵等（1-3%）
• 非离子乳化剂：如A165之类（0.5-2%）

功能性添加剂

• 硅油：如二甲基硅油、氨基硅油（0.5-3%）
• 调理剂：如水解角蛋白、胶原蛋白（0.1-2%）
• 保湿因子：如透明质酸、神经酰胺（0.1-1%）
• 营养成分：如维生素E、维生素B5、生物素（0.1-0.5%）
• 特殊功效成分：如防脱、修复成分（0.1-1%）
• 头皮护理成分：例如薄荷醇、茶树精油等，针对头皮问题。
• 抗头屑成分：例如OCT，抑制头屑产生。
• 护色成分：例如维生素E等，防止染后褪色。

辅助成分

• pH调节剂：如柠檬酸、乳酸（适量调节pH至4.5-5.5）
• 防腐剂：如苯氧乙醇、馨鲜酮等（0.3-1%）
• 螯合剂：如EDTA二钠（0.1-0.2%）
• 增稠剂：如羟乙基纤维素、卡波姆（0.1-0.5%）
• 香精：（0.1-0.5%）
• 色素：0.0001-0.005

阳离子调理剂

护发素中的阳离子调理剂种类繁多，它们在改善头发的干、湿梳理性、抗静电性、柔顺度等方面发挥着重要作用。

季铵盐类

• 1631/1831：最常见的阳离子调理剂，价格低廉，具有良好的抗静电和调理效果，但可能会使头发干燥。
• S18、BT80、BT85：这类成分比1631/1831更温和，适用于受损发质，能提供更好的柔软度和湿梳理性。
• 二硬脂基二甲基氯化铵、二鲸蜡基二甲基氯化铵：这种成分具有非常优秀的调理性能，特别适合干燥和受损的头发。它能形成一层保护膜，增加头发的光泽度。

一般而言，碳链越长，疏水性越强，对头发的吸附能力和持久性越好。长碳链提供更好的柔软度和顺滑度，因为它们能形成更稳定的保护膜。但过长的碳链（如C24以上）可能导致产品感觉过于油腻或沉重。通常，C16-C22的碳链长度被认为是最理想的，能够平衡调理效果和使用感受。

聚季铵盐类

• PQ-10：应用广泛，能提供良好的湿梳理性和抗静电效果。
• PQ-7：具有良好的成膜性，能增强头发的韧性和弹性。
• PQ-37：通常用于透明护发素中。
• PQ-47：提供优异的湿梳理性和干梳理性，并能增强头发的光泽度。

基础配方设计及工艺

本文以液晶型护发素基础配方为例进行配方base设计。这是市面上比较受欢迎的一种配方体系，其内部能形成“层状液晶结构”，类似于头发和皮肤的天然脂质结构。这种结构质地更加轻盈，同时能够将护发成分包裹在其中，形成微小的囊泡，更容易渗透到毛鳞片内部，从而达到更好的护理效果。

以潘婷Pro-V conditioner为例，设计基础配方：

（请注意，这只是示例配方，实际产品开发需要经过详细的实验室测试和针对性的调整，比如需要其他需求宣称等等。）

这虽然是一个比较基础简单的配方，但是对工艺要求及其严格，你需要根据搅拌设备进行尝试摸索，大致的配制工艺如下：

A相制备

1. 在水锅加入纯化水，升温至80-85℃。
2. 加入EDTA-2Na，搅拌至完全溶解。

B相制备

1. 在油锅中混合16/18醇、山嵛基三甲基氯化铵和双硬脂基二甲基氯化铵。
2. 加热至75-85℃，搅拌至完全融化均匀。

乳化过程

1. 将80%水锅物料抽入乳化锅，温度范围75℃-85℃，
2. 将油锅物料抽入乳化锅，
3. 再将剩余20%水锅物料全部抽入乳化锅；
4. 温度保持80-85℃，抽真空高速均质乳化10-15分钟，确保充分乳化；
5. 适当降低搅拌转速，降温（消泡）；

C相添加

1. 温度降至55-65℃，如果要加色素的，这个阶段就可以加了（配方设计时就需要考虑用耐高温的色素），色素需要预先溶解好再加入，然后搅拌5-10min，
2. 再加入预先混合均匀的DM50万和DM1000。（如果你反过来了那很可能色素被硅油包裹，这一锅料只能回温处理，会很麻烦。）
3. 中速搅拌下高速均质均质10-15分钟，确保硅油均匀分散，

这一步很关键，需要控制搅拌转速、时间，以及降温速度。

D相防腐剂和香精的添加

1. 继续降温至40-45℃，加入防腐剂和香精
2. 搅拌10-20min，出料前可以适当均质个3-5min。

最后进行质量检查，包括外观、粘度、pH值、稳定性等。

生产常见问题

1. 问题：色素加入后出现不溶现象
   解决方案：色素预先稀释溶解好后，在加硅油之前先加入料体中搅拌均匀。

2. 问题：高粘硅油太粘稠不好投料
   解决方案：低粘硅油加入高粘硅油中，手工或者搅拌机搅拌分散均匀后再投料，或者从乳化锅里取出几kg基料去搅拌混合后再加入。

3. 问题：搅拌时间过长，料体偏稀了
   解决方案：

• 可以重新回温至60-65℃左右进行重结晶，
• 适当控制搅拌转速和时间；
• 液晶护发素的工艺过程中温度控制极为关键，尤其是在乳化和冷却阶段，不同设备需要摸索合适的搅拌速度和时间，以形成理想的液晶结构。
• 检测是否做好液晶的简单方法（个人经验不一定正确啊）：取出一点料体，加入0.1%的氯化钠，看是否变稀，变稀就是失败了，如果还是乳白色，就是OK的。

4. 问题：硅油粘在乳化锅壁上、搅拌桨上不好清洗
   解决方案：

• 物理方法：刮刀刮除：对于较厚的硅油残留，可以使用塑料或者木质刮刀轻轻刮除，注意不要刮伤锅体。高温蒸汽清洗：高温蒸汽可以软化硅油，使其更容易被清除。可以使用专业的蒸汽清洗设备或者将热水加入锅中，待其产生大量蒸汽后进行清洗。
• 化学方法：碱性清洁剂：硅油属于酯类化合物，可以使用弱碱性清洁剂（如碳酸钠溶液、洗洁精等）进行清洗。将清洁剂溶解在温水中，浸泡乳化锅一段时间后，再用刷子刷洗。有机溶剂：部分有机溶剂可以溶解硅油，例如乙醇等。但使用有机溶剂需要注意安全，做好防护措施，并确保清洗后溶剂完全挥发。专用清洁剂：市面上有一些专门用于清洗硅油的清洁剂，可以根据实际情况选择使用。
• 专锅专用。

5. 问题：包装用的是软管的封口膜被料体腐蚀
   解决方案：主要原因料体pH值过低与封口膜材料不兼容，可以选择耐化学腐蚀的封口膜材料，或考虑在封口处增加隔离层

如上，个人观点，仅供参考，如果需要任何额外的其他类型配方信息或者对配方工艺有任何疑问，请随时告诉我。