모발의 마찰계수를 통한 모발 손상 인식 연구

임병택 ( Byung Tack Lim ),서홍안 ( Hong An Seo ),송상훈 ( Sang-hun Song ),손성길 ( Seong Kil Son ),강내규 ( Nae-gyu Kang ) 대한화장품학회 2020 대한화장품학회지 Vol.46 No.3

염색과 같이 산화제를 이용한 미용은 모발의 큐티클 구조를 바꾸거나 단백질 변성 및 지질의 소실을 야기하여 모발을 손상시킨다. 본 연구에서는 모발 손상 변화를 기기 평가를 통해 마찰계수를 측정하고 이것이 소비자들의 손상 인지와 상관성이 있는지 알아보고, 더 나아가 손상 원인을 수분 변화에서 찾아 분석 하였다. 염색, 펌, 탈색 과정을 모발에 반복할 때 마찰계수를 측정한 결과 염색의 경우는 3 회 처리에서 마찰계수 0.60을 기록했는데, 일반인들을 대상으로 동일 모발에 대한 촉감에 의한 손상 인지 조사에서 응답자의 58%가 이모발에서 처음으로 손상을 인지한다고 답하였다. 탈색의 경우 3 회 처리에서 마찰계수가 0.84 로 크게 변하였는데 응답자의 88%가 손상모로 인지하였다. 지질 소실을 통한 손상에 따른 인지를 알아보기 위하여 모발 표면의 18-methyleicosanoic acid (18-MEA)를 제거해가며 마찰계수를 인위적으로 높인 다양한 모발을 제작하였다. 이 경우 마찰계수가 0.60 인 모발부터 전체 응답자의 68%가 최초로 손상을 인식한다고 답하였다. 기기평가로 확인된 마찰계수와 이와 연관되는 손상 인지가 모발에서 가장 많은 양을 차지하는 수분으로부터 기여되는지 확인하기 위하여 손상모의 수분함량을 측정하였다. 염색 처리 횟수가 증가할수록 모발의 접촉각이 감소하며 모발이 친수성으로 변함을 확인하였는데, 실제로 염색 손상모가 건강한 모발보다 0.42% 더 많은 수분량을 가짐을 유의차 있게 확인하였다. 최종적으로는 손상 모발의 수분량 증가가 마찰계수와 비례하는 점착력 증가를 유도하며 마찰계수가 0.60 이상으로 증가할 때 손상 인지가 됨을 알아보았다. Treatment for beauty using oxidizing agents damages hair with inducing structural alteration in cuticle layer, degradation of protein, and loss of lipid. This study connects a frictional coefficient upon the damaged hair by an instrumental test to the texture test by human being, and considered a moisture as a factor of the damage. A friction coefficient has been measured upon the hair with successive treatment of dye, perm, and bleach. The friction coefficient from the hair dye-treated three times was defined with 0.60, where 58% of answerer indicated an initial damage point as the hairs of iteration of dye-treatment increased. Even bleach treated three times results in 0.84 of friction coefficient corresponding to 88% of answerer attributed the hair to an initially damaged hair. In order to figure out a lipid loss in hair for human being to respond damage, a friction coefficient of the hair was controlled by removing 18-methyleicosanoic acid (18-MEA). The initial damage has been recognized by 0.60 of the friction coefficient for the 68% of answerer. Since moisture is the largest portion of the components in hair, moisture analysis has been performed to study a relationship between texture of damage and the friction coefficient from an instrumental evaluation. As an iteration of dye increases, the hair became hydrophilic with smaller contact angle. It is found that a damaged hair by dyeing possessed more than 0.42% of moisture compared to a healthy hair. Finally, it is elucidated that an increase of moisture in hair induced higher adhesive force corresponding to the friction coefficient, and the friction coefficient above 0.6 is attributed to the preception of hair damage.

수분거동 패턴에 따른 차폐막 설정을 통한 모발단백질 소실방지

송상훈 ( Sang-hun Song ),임병택 ( Byung Tack Lim ),손성길 ( Seong Kil Son ),강내규 ( Nae-gyu Kang ) 대한화장품학회 2020 대한화장품학회지 Vol.46 No.1

세정 과정에서 물에 의한 단백질 소실을 차폐막을 통해서 방지 하고자 먼저 모발 내부의 물 거동 경로를 파악하였다. 이를 위해서 소수성을 가지는 건강한 모발과, 모발 내부는 정상이지만 표면의 최외곽 지질층에서 18-methyleicosanoic acid (18-MEA)만 소실시켜 친수성이 된 모발과, 다시 표면에 18-MEA를 결합시킨 회복모를 이용해서 모발 수분의 거동을 파악하였다. 모발에 열을 가할 때 일어나는 수분 증발에 따른 질량 변화를 관찰한 결과 표면이 소수성인 모발들은 39 s와 151 s의 두개의 시간 상수로 감소하였다. 이에 반해 표면이 친수성으로 변한 손상 모발에서는 83 s의 하나의 빠른 시간 상수로 감소함을 확인하였는데, 이는 모발 내부에 있는 비결합과 결합 수분들이 외곽으로 빠져나올때 모발 표면에 소수성 막이 없음으로써 바로 용출됨을 반증한다. 따라서 세정과정에서 모발 내부의 단백질 용출을 효율적으로 방지하기 위해서는 모발 표면을 소수성 코팅하여 물분자의 거동을 저지시킬 필요가 있을 것이라는 가정한 결과 친수성 polyethylene glycol (PEG)를 코팅한 경우 179 μg/mL의 단백질이 용출한데 반해서 소수성 polydimethylsiloxane (PDMS)를 코팅한 모발은 보다 적은 148 μg/mL를 용출하였으며, 표면을 소수성 및 친수성으로 코팅하여 모발 내부 단백질을 검량하여 비교하였다. 마침내 소수성 차폐막이 세정 과정에서 모발 단백질 소실을 방어하는 방법이 됨을 확인하였고, 이 소수성 지표를 lateral force microscopy (LFM) 값으로 환산하여 정리하였다. 마침내 이 연구 결과물은 세정 과정에서 발생하는 단백질 소실을 소수성 코팅막을 부여함으로써 막을 수 있는 모발 세정제품 개발에 기여할 수 있다. To prevent loss of hair protein during hair washing process by water through, a shield coating the pathway of water molecules was studied. Hydrophobic virgin hair, hydrophilic hair, which was damaged only methyleicosanoic acid (18-MEA) on the surface, and a repaired hair re-bound 18-MEA, were prepared and water mass changes by as heat were measured. Results showed that hydrophobic hairs followed bi-exponential function of 39 s and 151 s and other two hairs exhibited fast- and mono-exponential decay with 83 s, reflecting the extraction of water molecules without any resistance at the hydrophobic surface. On the assumption that hydrophobic surface resists an extraction of protein in water during the wash, the protein concentrations were compared from the hair of hydrophobic and hydrophilic surface. The extracted hair proteins were 179 and 148 μg/mL from the hair coated with hydrophilic polyethylene glycol (PEG) and hydrophobic polydimethylsiloxane (PDMS), respectively. This study suggested that hydrophobic coating on the hair surface could be used to prevent protein loss in wash, represented by LFM. In conclusion, this research provides some useful information to contribute to the development of hair washing products that can prevent protein loss in the cleaning process by granting hydrophobic coatings.

카르보디이미드 반응과 실란 커플링을 이용한 모발강화 효과

손성길 ( Seong Kil Son ),최원경 ( Wonkyung Choi ),임병택 ( Byung Tack Lim ),송상훈 ( Sang-hun Song ),강내규 ( Nae Kyu Kang ) 대한화장품학회 2018 대한화장품학회지 Vol.44 No.2

화학적으로 손상된 모발은 모발 자체의 물리적 특성이 약해져서 일상생활 중에 외부 자극에 취약하다. 본 연구의 목적은 모발 케라틴 단백질간의 화학적 결합이 모발의 인장강도를 회복이 반복적인 빗질 하에서 더 이상의 모발 악화를 방지하는지 여부를 결정하는 데 있다. 손상된 모발은 펌 시술을 통해 얻었다. 펌 손상 모발을 관능성 가교제인 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES)을 이용하여 실란 커플링 및 카르보디이미드 반응을 통해 모발 내부에 가교 결합이 형성되도록 처리하였다. 인장 강도, 영률 및 고원 응력(plateau stress)을 포함한 물리적 특성을 측정하여 내부 가교 결합의 효과를 확인하였고, 가교 결합의 존재는 Fourier transform infrared(FT-IR) 분광법으로 확인하였다. 모발 절단 및 갈라짐의 정도는 건조 상태 모발의 반복적 빗질 시험으로 평가하였다. 결과적으로 화학적으로 손상된 모발의 물리적 성질은 내부 가교 결합으로 회복되었다. APTES의 실란 커플링 및 카르보디이미드 반응의 결합은 FT-IR 스펙트럼으로 확인하였다. 열을 가하면서 반복적으로 빗어 낸 후 모발의 절단 및 갈라짐 방지가 확인되었다. 인간의 모발은 펌 시술을 포함한 화학적 손상으로 약화될 수 있으므로 이러한 특성을 복원하는 것은 헤어 케어 업계의 주요 과제다. 본 연구에서는 화학적 결합을 통해 손상된 모발의 내부에 가교 결합 형성이 모발의 건강을 회복시키는 강력한 방법이 될 수 있음을 시사한다. Chemically damaged hair is vulnerable to external stimuli in daily life due to the weakened physical properties of the hair strand itself. The purpose of this work was to determine whether chemical conjugation between hair keratin proteins restores tensile strength and thus results inpreventing further deterioration under repeated combing. A model damaged hair tress was produced by a typical perm-process. Then, it was internally crosslinked by the bifunctional crosslinker (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES), via both silane coupling and carbodiimide chemistry. Physical properties, including tensile strength, Young’s modulus, and plateau stress, were measured to verify the effect of internal crosslinking, and the existence of crosslinking was verified by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The degrees of hair breakage and split ends were evaluated by repeated combing-drying tests. Physical properties of chemically damaged hair were restored by internal crosslinking. Successful crosslinking of APTES via both silane coupling and carbodiimide chemistry was verified by FT-IR spectra. Prevention of breakage and split ends after repeated combing with heat was observed. Human hair can be weakened by chemical damage including perm-processing, so restoring such properties is a major issue in the hair care industry. This work shows that internal crosslinking of damaged hair via chemical conjugation would be a potent method to restore the healthy hair.

모발 노화에 따른 물성변화와 외인성 노화모델의 개발

송상훈 ( Sang-hun Song ),최원경 ( Wonkyung Choi ),박현섭 ( Hyunsub Park ),임병택 ( Byung Tack Lim ),박경란 ( Kyoung Ran Park ),김영현 ( Younghyun Kim ),박수진 ( Sujin Park ),손성길 ( Seong Kil Son ),이상민 ( Sang-min Lee ),강내규 대한화장품학회 2019 대한화장품학회지 Vol.45 No.2

인체 조직은 노화 현상을 겪으면 산화로 인한 손상이 진행되어 구조적인 변화가 일어나고 물성 저하를 겪는다. 피부가 겪는 노화 과정은 잘 알려져 있고 많은 평가가 수행되고 있지만 상대적으로 모발(머리카락)의 노화에 의한 평가는 잘 진행되어 있지 않아 모발의 노화를 케어하는 연구가 어려운 실정이다. 이에 본 연구는 모발의 노화 현상을 케어할 효능 기작을 적용할 수 있도록 노화된 모발 샘플을 제작하고 물성을 평가하여 안티에이징 효능을 확인하는 것을 목적으로 진행하였다. 먼저 내인성 노화가 진행된 모발의 지질량을 외인성 노화를 진행시킨 시료들과 비교한 결과, 펌 1회 처리 모발이 60대의 모발 지질량과 가장 유사함을 발견하였고, 이 모발을 통해서 원자 현미경으로 나노 스케일의 거칠기와 매크로 스케일의 인장강도를 평가하여 내인성 노화 모발과 유사한 물성 값을 가지고 있음을 확증하였다. 실제로 펌 처리를 통해 외인성으로 노화시킨 모발에 카르보디이미드와 펩타이드 결합을 적용하여 DSC로 구조적 변화와 거칠기 및 인장강도를 확인한 결과, 외인성 요인으로 노화된 모발을 에이징 이전의 상태의 물성 쪽으로 개선시키는 효과를 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 내인성 노화에 의해서 소실 된 내부 구성 성분을 프로폴리스를 이용하여 보강한 경우에도 외인성 노화가 유도된 모발의 물성이 에이징 이전 상태의 물성으로 회복되는 안티 에이징 효능이 발생함을 확인하였다. 본 연구에서 사용한 외인성 노화 유발 모발 시료 및 평가는 모발의 외인성 노화 연구에 유용하게 적용될 수 있음을 최초로 확인하였다. Human tissue undergoes aging by the oxidant damage via structural change and its physical properties. The skin aging process is well known and many evaluations have been conducted. However, studies on hair aging were relatively few and thus care for aging hair is difficult. This study aims to fabricate an aging hair and identify anti-aging effect with known ingredient in anti-aging. First of all, physical properties of aging hair of age 60s by physiologically intrinsic factors were compared to those of the hair made by various extrinsic factors such as several chemical reactions and iteration numbers of the treatments. The extrinsic aging hair of this study relates to the less amount of lipid and to the hair of perm treated once accordingly, wherein several physical properties, preferably comprise roughness and tensile strength, present a novel concept of the intrinsic aging hair. The penetration of peptide into the aging hair was leading the extrinsic hair towards more structurally directed a younger hair. In addition to the structural change, the penetration of the peptide enhanced texture and tensile strength of the aging hair. These patterns have been also found in addition of propolis. For the first time, these qualitative studies exhibit that indeed our extrinsic aging hair well describes the anti-aging efficacy as a receptor for a cross-linker and the ingredients of human hair.