염색에 의한 모발의 물리화학적 변화와 형태학적 변화에 관한 연구 = Study on the Physicochemical and Morphological Changes of Hair Treated with Dye Agent

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 30세 여성의 건강모발을 채취하여 염모제 처리에 의한 모발의 물리화학적 변화와 형태학적 변화를 인장강도기, 밀도분석기, 에너지분산분광분석기, 주사전자현미경 및 투과전자현미경을 사용하여 규명하였다.
건강모발의 전자현미경적 관찰에서 모발의 두께는 100㎛ 이었으며 모양은 구형의 형태를 하고 있었다. 모발은 큐티클층(cuticle layer)과 피질(cortex) 및 수질(medulla)이 뚜렷하게 존재하고 있었다.
건강모발에 탈색제를 1회, 2회, 3회 사용한 다음 채취하여 모발의 손상정도를 고배율의 투과 및 주사전자현미경으로 관찰하였다. 탈색 1회 처리한 모발의 표면은 정상 모발과 비슷한 상태로 관찰되었으나 일부 비늘(scale)이 손상되어 나타났다. 탈색 2회 처리한 모발은 비늘이 분리되어 있었고 큐티클세포 표면에 많은 흠집을 가지고 있었다. 탈색 3회 처리한 모발은 비늘이 분리되고 일부 큐티클세포의 세포질은 조각이 나 있거나 떨어져 나갔다. 이 시기에 모발은 비늘이 떨어져 나가면서 표면에 세포부스러기들이 그대로 부착 되어 있었고, 비늘의 모양은 끝 쪽이 날카로운 모양을 하고 있었다.
투과전자현미경상에서 탈색제로 처리한 모발의 피질에 있는 멜라닌과립은 분해되어 있었다. 멜라닌과립의 용해에 의해서 형성된 구멍들은 미처 용해되지 않은 멜라닌과립 성분이 과립의 한계막(limit membrane)을 따라 존재하고 있었다.
산화형영구염모제로 처리한 모발의 형태학적 변화를 주사전자현미경과 투과전자현미경으로 관찰하였다.
주사전자현미경상에서 염색모발 표면에 노출된 비늘은 부서져 있거나 찢겨지고 패여 있었으며 일부는 들떠 있었다. 이러한 현상은 표면에 노출된 큐티클세포의 세포질에서 내큐티클이 부서지면서 나타났다.
투과전자현미경상에서 염색모발의 큐티클 세포의 표면은 전자밀도가 높은 작은 과립상 물질이 침착되어 있었다. 피질에는 크고 작은 구멍들이 형성되어 있었고 이들의 크기는 직경이 0.2㎛에서부터 1.5㎛로 다양하게 나타났다.
건강모발에 탈색제를 각각 1회, 2회, 3회 처리한 후 반영구염모제를 사용하여 염색한 다음 미세구조적 변화를 전자현미경으로 관찰하였다.
탈색제를 1회 처리한 후 반영구염모제로 염색한 모발 표면의 주사전자현미경 사진에서 비늘은 건강모발보다 약간 손상된 상태로 관찰되었다.
탈색제를 2회 처리한 후 반영구염모제로 염색한 모발 표면의 주사전자현미경 사진에서 떨어져나간 비늘 조각들은 탈색제와 염모제의 처리과정중에 깨끗이 씻겨 나가서 표면에 세포 부스러기들은 관찰되지 않았다.
탈색제를 3회 처리한 후 반영구염모제로 염색한 모발의 주사전자현미경상에서 모발 표면의 큐티클세포는 부서지고 떨어져 나가서 끝 부분이 불규칙한 모양을 하고 있었으며 일부 큐티클세포 표면은 움푹 패여 있거나 찢겨진 상태로 관찰되었다. 모발 표면의 고배율 사진에서 반영구 염모제의 피복에 의해서 큐티클세포들이 심하게 들떠있거나 분리된 상태로 관찰되지 않았으며 오히려 인접 세포들과의 밀착으로 매끄러운 상태로 관찰되었다.
탈색제를 처리한 후 반영구염모제로 염색한 모발의 투과전자현미경상에서 모발의 큐티클세포의 말단부위는 인접한 세포의 세포막과 분리되어 떨어져 있었으며 이들 세포의 세포질 일부분은 부서져 탈락되어 있었고, 내큐티클에는 크고 작은 공포들이 형성되어 있었다.
산화형 영구염모제로 처리한 모발과 탈색모발의 연소율을 건강모발과 비교분석하였다. 건강모발의 무게 변화는 191℃에서 총 중량의 11.1%가 감소하였고 498.1℃에서 건조중량의 73.6%가 감소하였으며 이 부분에서 모발내의 단백질은 모두 탄화하였다.
탈색제로 처리한 모발의 경우, 193.1℃에서 무게의 14.2%가 감소하였고 499℃에서 중량의 71.7%가 감소한 것으로 나타났는데 이것은 건강모발의 탄화가 시작되는 498.1℃에서 건조중량의 73.6%감소한 것 보다 중량이 1.9% 높은 것으로 확인되었다.
산화형영구염모제로 염색한 모발의 경우, 191℃에서 중량이 10.3% 감소하였고, 499℃에서 중량의 70%가 감소하였다. 탄화가 시작되는 시점에서 건강모발과 탈색모발 및 염색모발의 무게는 각각 73.6%, 71.7%, 70% 감소하는 것을 확인하였다
건강모발과 화학적으로 처리된 모발을 500℃까지 연소시키는 과정에서 나타나는 모발의 형태학적 변화를 주사전자현미경으로 관찰하였다. 300℃까지 연소된 모발은 변형되어 찌그러져 있거나 내부가 텅 비어 있는 상태로 관찰되었다. 또한, 인접된 모발과 모발은 융합되기 시작하여 서로 붙어 있는 상태로 관찰되었다. 모발 표면의 큐티클층은 용해되어 표면은 매끄러웠으며, 수질에서부터 피질의 외피질 부위로 용해되어 나가는 것을 확인하였다.
500℃ 에서 연소된 모발은 형태를 알아볼 수 없었고 완전히 융합되어 덩어리를 형성하고 있었다. 연소된 모발조직의 표면은 아주 균질하게 매끄러운 상태로 관찰되었다. 500℃에서 연소된 모발은 완전히 탄화되어 있었고 탈색모발에서도 모발조직은 완전히 융합되어 덩어리를 형성하고 있었다.
탈색회수에 따른 모발의 인장강도 변화를 인장강도기를 사용하여 측

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

I investigated the morphology and ultrastructure of the virgin hairs using rheometer, energy dispersive X-ray spectrometer, pycnometer, thermal analyser, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, sampled from 30 years woman's hair. The diameter of virgin hair was 100 ㎛ on average and the shape was spherical form. The structures of the cortex, medulla and cuticle were well exited. The cuticle layer was easily discernable, which are composed of four or five cuticular cells. In particular, endocuticle of cuticle cell had a lot of holes in it. And in the cortical cell of the cortex, many macrofibrils and some melanin granules between them were observed. I observed polyhedral or rectangular macrofibrils running parallel along the direction of hair shaft. The melanin granules were identified among the macrofibrils in the cortex.
I investigated hair damage after one-time, two-times, and three-times bleaching done to virgin hair using high-power scanning and transmission electron microscopes. The one-time bleached hair were similar in surface as virgin hair, but a part of scales were damaged. In the two-times bleached hair, scales were split and it showed much demage. In the three-times bleached hair, scale on the cuticle layer was separated from hair and some cytoplasm of cuticular cells was broken into pieces of fell off. Melanin granules in the cortex of the hair treated with the bleaching agent were split in the transmission electron microscope.
Next, I investigated the morphological changes of the hair treated with oxidized permanent dye using scanning and transmission electron microscopes. In the scanning microscope, the scales of the surface of the bleached hair were broken, split, digged and lifted off partly. In the transmission microscope, granules of high electron density were attached on the surface of cutical cells of the bleached hair.
Next, we investigated the ultrastructural change of the hair dyed with semi-permanent dye after treated with bleaching agent once, two times, and three times respectively. In the scanning microscope, scales on the surface of the dyed hair after one-time bleaching were a little damaged. Scales on the surface of the dyed hair after two-times bleaching were separated during treatment of bleaching agents and dying agent and there were no cell parts found. Cuticle cells on the surface of the dyed hair after three-times bleaching were broken, separated, so the end part were uneven. The surface of some cuticle cells were found to be sunken or split. In the transmission microscope, the end part of cuticle cells of the hair treated with semi-permanent dye was separated from the membrane of the adjacent cell and there were many large or small vacuoles were found in the endocuticle.
I compared the spread rate of the hair treated with oxidized permanent dye with the bleached hair. The weight of the virgin hair was decreased by 11.1% at 191℃, and 73.6% at 498.1℃, where protein in the hair was entirely carbonized. The weight of the bleached hair was decreased by 14.2% at 193.1℃ and 71.7% at 499℃. The weight of the hair tread with oxidized permanent dye was decreased by 10.3% at 191℃ and 70% at 499℃. We investigated the morphological changes of the virgin hair and the one tread chemically during burning till 500℃ using the scanning microscope. The hair burnt till 300℃ was transformed to be crushed or the inner part was found hollowed. The type of the hair burnt till 500℃ was not recognized. and it was lumped entirely. The surface of the hair was very homogeneous and smooth.
Human hair experience tensile forces during combing, bleaching and permanent dyeing processes. I have used rheometer to characterize bleached hair tensile response. Also, we investigated to morphological changes after tensile test of virgin hair and bleached hair using scanning electron microscopy. In tensile test, the tensile strength of virgin hair was 14.66g/㎠. They were measured as 12.95g/㎠, 12.61g/㎠ and 11.43g/㎠ for after the first, the second and the third trials of bleaching were done, respectively. Virgin hair had a higher tensile force than bleached hair. Tensile strength got lowered as more bleaching trials were done. In the observation of scanning electron microscopy, the fracture and lift-off of the cuticle outer layer were shown in virgin hair and bleached hair. The bleached hair were more lifted off at the outer cuticle layer than virgin hair. Consequently, chemical damage of bleaching agent caused weakening of the outer cuticle in the hair.
In this study, I compared the stress and tensile strength of the hair treated with oxidative permanent dye with those of virgin hair. We investigated the fine structure of the hair section after the tensile test using scanning electron microscopy. The tensile strength of the virgin hair was measured as 14.66g/㎠, tensile energy was 108erg/㎠, and the maximum stress was 146.64g. Those of the dyed hair were measured as 13.69g/㎠, 89.62erg/㎠, 136.90g, respectively. The differences in the tensile strength, the tensile energy and the maximum stress were -0.97g/㎠, -18.38erg/㎠, -9.74g, respectively, which showed that the dyed hair had less elasticity and strength than the virgin hair. In the scanning electron microscopy investigation of the damaged hair after the tensile test, lift-off of the cuticle outer layer were shown in both virgin hair and dyed hair, but the dyed hair was more lifted off than the virgin hair. Adjacent cuticular cells of the cuticle layer were separated by the destruction of intercellular membrane complex. The macrofibrils were exposed and separated from the cortex torn by tensile strength.
I compared the density of the virgin hair with the dyed hair. The average density of the virgin hair was measured as 2.0652g/cm³, that of the dyed hair was 2.1590g/cm³, higher than the virgin hair. The weight increase of the dyed hair was due to the chemical molecules in

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 = 1
• Ⅰ. 서론 = 5
• Ⅱ. 실험재료 및 방법 = 11
• 1. 실험방법 = 11
• 1) 건강 모발의 채취 = 11
• 2) 탈색제 처리 = 11
• 3) 염색제 처리 = 11
• 4) 반영구염모제 처리 = 12
• 2. 실험방법 = 12
• 1) 주사전자현미경(Scanning electron microscope)관찰 = 12
• 2) 투과전자현미경(Transmission electron microscope)관찰찰 = 13
• 3) 밀도분석(Density analysis) = 14
• 4) 열분석(Thermal analysis) = 14
• 5) 인장강도 측정 = 14
• 6) 에너지분산분광분석 = 15
• Ⅲ. 결과 = 16
• 1. 건강모발 = 16
• 2. 산화형 영구염모제 처리모발 = 17
• 3. 탈색제 처리모발 = 19
• 4. 건강모발의 인장강도 = 21
• 5. 탈색모발의 인장강도 = 22
• 6. 염색모발의 인장강도 = 27
• 7. 모발의 밀도 분석 비교 = 29
• 8. 염색모발의 열분석 = 31
• 9. 에너지분산분광분석(Electron dispersion spectrometry) = 35
• Ⅳ. 고찰 = 41
• 참고문헌 = 52
• (Abstract) = 57
• Figure Legends = 61