CN104379010A - 人造头发的组成及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了含天然有机材料的人造头发(11)的组成和制造方法，所述人造头发包括一芯(12)，该芯被覆盖物(9)环绕，其中该芯包括含一根或多根长丝(13)的坚韧纤维，以及其中该覆盖物包含一层或多层虫胶和液化水解人头发以及交联剂，它们附着到芯，所述芯可由天然丝素蛋白纤维或高性能合成聚合物纤维构成。

Description

人造头发的组成及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种人造发丝(hair strand)的组成及其生产制造方法。
更具体地，本发明是为替代或者补充人头发而制造人造头发，或者制造用于人或用于人体模型或玩偶的假发。
背景技术
众所周知，人造头发是用于为缺头发人群提供更多头发而制造的假发或假头发。
通常，使用一种或多种聚合物纤维的人造纤维来达到此目的，所述聚合物纤维通过染料取得想要的颜色。
这种人造头发存在的问题是其特质不像人的头发，因此不能完全充当作为头发的替代品的作用。
塑料人造头发纤维不能呈现人类自然头发的特征，比如100％的灰分形成、燃烧后有机气味、可着色性和可漂白性、卷曲能力等。
塑料人造头发纤维的寿命及其热耐受性不能令人满意，比如其对沸水的耐受性，在沸水中，人造头发经常会失去卷曲性，以及比如其对于热卷曲或者直发装置的耐受性，通过这些装置，人造头发纤维经常会受到不可逆的损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供上述缺点及其他缺点的解决方案，通过提供第一部分天然、有机和人造模拟头发，其组成通过同样是本发明的一部分的制造方法获得。
本发明涉及含天然有机材料的人造头发的组成，其包含一芯，一覆盖物(mantle)环绕在芯周围，其中所述芯包含带有一根或多根长丝的坚韧纤维，以及其中所述覆盖物包含一层或多层虫胶和液化、水解的人头发，以及交联剂。
这种组成的一个优点是天然虫胶通过交联被化学改性，使虫胶的特性得以改善，以及该材料更耐热得多并且更坚韧。
虫胶是一种从天然树脂中得到的并溶解于乙醇中的薄漆，该天然树脂来自对人类无害的昆虫紫胶虫(Laccifera lacca)。虫胶是中性到酸性的，并且一般来说是可溶于乙醇。
液化水解的人头发可与纤维胶相比，因此它可稀释在水中。这使得液化的人头发和虫胶结合困难，以及更特别地，使在它们之间形成分子间键很困难。
本发明这样解决这个问题：首先，使虫胶部分变成碱性，并将虫胶加入到水解的人头发(在碱性溶液中液化)中，随后加入乳酸使其回到中性或酸性条件。然后加入交联剂，比如纤维胶或者其他化学交联剂，以在虫胶和水解的人头发之间形成分子间键，从而使两种成分整合。
本发明公开了能够化学交联虫胶，使其令人惊讶地热耐受高达200℃，而天然虫胶在80℃就已经熔化，而且还能够使这种聚合物通过离子键结合角蛋白，该离子键部分地由电晕或者等离子体处理而获得。
优选地，交联剂包含环氧氯丙烷或戊二醛和聚异氰酸酯和/或亲水性脂肪族聚异氰酸酯，以使液化水解的人头发与一层或者多层覆盖物中的其他成分交联。
环氧胶层中的交联剂对虫胶和角蛋白层中的一部分天然有机物也有结合效果。
优选地，纤维胶以及还有乳酸加入到覆盖物层中，这改善了覆盖物的硬度和强度。乳酸所含的羟基和羧基基团加强了分子间键，而纤维胶作为交联剂使用。
具体实施方式
在本发明的第一个实施方式中，芯由天然丝素蛋白纤维比如蚕丝组成。天然丝素蛋白芯的直径为30μm～50μm。
天然丝素蛋白纤维的一个优点是其坚韧，以及耐受机械负载。
本发明还涉及人造头发的制造方法，所述人造头发有一天然丝素蛋白制成的芯，借助该芯，将天然丝素蛋白的多个长丝纤维浸渍到含有化学活性成分的虫胶溶液中，接着，在多个长丝纤维的多个涂覆和润湿点上附着覆盖成分，所述涂覆和润湿点包含用于覆盖物组分和用于虫胶的不同交联剂和偶联剂。
一根天然丝素蛋白单丝纤维大约3分特(detex)(分特＝重量克数/10000m)，在浸渍和涂覆之后十根蚕丝蛋白单丝为30到33分特，或者，若手动或者电子显微镜测量，其直径是50～60μm。
质量/长度是37～39分特的纤维，在浸渍和涂覆之后直径是70～80μm。
质量/长度是40～44分特的纤维，在浸渍和涂覆之后直径是75～90μm。
含天然丝素蛋白纤维芯的人造头发制造方法的最优实施方式描述于以下步骤：
第一步，将含有化学活性成分的浸渍液体溶解在虫胶溶液中，得到以下组成：
-20％溶于乙醇中的虫胶作为溶剂；
-5％的三功能粘合促进剂，丙三醇缩水甘油醚；
-5％的双功能氢化双酚A二缩水甘油醚，以获得耐候性；
-0.1％的调聚物(telomere)B单醚和聚乙二醇，以拉平人造头发；
-5％的高密度交联剂，乙二醇二缩水甘油醚；
-含有或者不含有溶剂颜料。
第二步，选择30～44分特(分特＝重量克数/10000m)、未经处理的丝素蛋白复丝。
优选地，丝素蛋白单丝牢固缠绕在圆锥体(cone)上以形成复丝。该圆锥体置于小笼里的圆柱形罐中，纤维从小笼中拉出。
第三步，将前述浸渍液体倒入前述圆柱形罐中，在制作过程中带有丝素蛋白的圆锥体保留在该液体中。从浸渍液体和圆锥体中通过绕丝机(strand winder)拉出纤维，所述绕丝机通过包含五个涂覆和润湿点以及六个干燥区域(每个大约10米长)的涂覆机拉出纤维。
干燥区域使用短波红外(IR)辐射。温度是180℃～260℃，优选240℃，拉伸速度是每秒3米。
在本步骤中，纤维通过以下五个涂覆和润湿点被拉出：
1-第一点，其包含溶于水中的25％液化水解人头发。
2-第二点，其包含溶解在乙醇中的15％虫胶，5％的双功能氢化双酚A乙烯醚(bisphenolA ethylene ether)，5％的高密度交联剂乙二醇二缩水甘油醚和0.1％的调聚物B单醚和聚乙二醇。
3-第三点，其包含溶于乙醇中2～4％的异腈，作为虫胶交联剂的0.1％调聚物B单醚和聚乙二醇。
4-第四点，其包含15％虫胶，2.5％三功能粘合促进剂丙三醇缩水甘油醚，2.5％双功能氢化双酚A二缩水甘油醚，0.1％调聚物B单醚和聚乙二醇以及2.5％高密度交联剂乙二醇二缩水甘油醚。
5-第五点，其包含溶于乙酸乙酯中的20％的乳酸，乙酸乙酯中含7％2-巯基乙醇，用于人头发角蛋白的7％环氧氯丙烷交联剂，作为天然脂肪的2％粗羊毛脂，2％硅胶和0.1％调聚物B单醚和聚乙二醇。
第四步，在生产线的末端，将纤维重新缠绕在线轴上，把纤维从线轴再次移走，以便在张力下在热风烘箱中进行干燥，在140℃的温度下干燥1小时。
随后释放张力，将纤维松散地放置在热风烘箱中以进一步交联，干燥时间是30分钟。
第五步，将该纤维置于50℃烘箱中24小时，然后将纤维从烘箱取出，用于进一步处理。
优选地，液体的温度保持在蒸发点或者闪点以下。
所得到的含天然丝素蛋白芯的人造头发具有以下优点：
-该头发纤维在制造之后可以用碱性过氧化物染料和/或溶剂颜料染色；
-该头发纤维可以与化学烫发液和中和剂反应；
-该头发纤维耐溶剂；
-该头发纤维在短周期内可耐200℃的温度，在长周期内可耐140℃的温度；
-该头发纤维的手感类似于人头发，具有相同厚度；
-该头发纤维在25秒的短周期内可耐沸水，但如果更长时间暴露的话会变得轻微不规则，那时就需要用直发钳(straightening tongs)处理；
-该头发纤维耐热水淋浴的水温；
-该头发纤维比大多数的人头发吸水少；
-根据所需的阻燃性，在制造时可以加入或者不加入阻燃剂，所得头发纤维的燃烧方式总是与人头发相类似，比如，100％的灰分形成和有机气味，当没有阻燃剂时开始是黑烟随后是白烟，当有阻燃剂存在时，短时燃烧产生淡灰色烟，就像人头发一样；
-该头发纤维耐热卷发钳；
-当暴露于冷水和温/暖水时，该头发纤维保持热波或者热卷；
-没有特殊的测试或者设备的话，该头发纤维不能被检测出不是100％人的；
-为了获得燃烧气味或者改善的气味，比如燃烧人头发的气味，将该头发纤维和人头发以25％，50％或者75％的比例混合是理想的；
-该头发纤维的表现类似于加工过的人头发；
-就像人头发一样，该头发纤维可以用剪刀或者刀剪断；
-就像人头发一样，该头发纤维耐重复卷曲；
-而且，该头发纤维耐卷发钳的重复拉直；
-该头发纤维看起来、感觉起来和闻起来都像人头发。
这些特征保证了该人造头发可以完全替代人头发并且实际上可以以同样的方式处理。
在本发明的第二个实施方式中，芯由一种高性能合成聚合物组成。该高性能合成聚合物选自以下聚合物组成的组：
以及，最好不要是以下较低性能聚合物组成的组：
-PET     -PES      -PETP
-尼龙    -PVC      -聚烯烃。
该合成聚合物芯的直径是50μm～70μm。环绕合成聚合物芯的覆盖物包含可交联的成分：液化水解的人头发或者角蛋白和虫胶，乳酸和化学交联剂，并通过粘合层粘结到芯。优选地，粘合层包括环氧树脂胶。
可选地，加入0.2％～1％的立方氮化硼或者CBN到芯中，如果是单丝芯，立方氮化硼或者CBN以小于或者等于3μm的纳米颗粒加入，如果是复丝芯，立方氮化硼或者CBN以小于1μm的纳米粉末颗粒加入。
氮化硅发光减弱剂(shine reducer)的优点是其不被氧化，TiO2颗粒(0.1％～2％)通常就是这样，其长年累月会降解和损害聚合物。
或者，将2％～20％的超细磨砂玻璃纤维或者立方氮化硼加到芯聚合物，如果是单丝芯，颗粒尺寸是3μm或者更小，如果是复丝芯，颗粒尺寸是1μm或者更小。
虽然超细磨砂玻璃粉末对人体不安全，但由于颗粒通过聚合物和玻璃颗粒之间的强离子键被完全嵌入，使得玻璃颗粒不会进一步分离或者破碎，所以该玻璃粉末是安全的。高性能聚合物的电晕处理加强了玻璃和聚合物之间的键，使得其可以安全地供人使用。
加入玻璃粉末的一个优点是发丝的伸缩性降低，使得发丝不易被围板(coaming)或者有力的擦拭所损伤。
本发明还涉及一种人造头发的制造方法，所述人造头发含有高性能合成聚合物的单丝或者复丝纤维制成的芯，然后是一步或者多步芯的涂覆步骤，所述芯使用一层或者多层虫胶和液化水解的人头发，通过交联剂结合。
该制造方法至少包括以下六步：
A)第一步，高性能聚合物的芯纤维，可选地用氮化硼或者玻璃颗粒强化，将其拉过电晕和/或等离子体处理单元，使得在长达一秒的暴露时间后，部分聚合物链被电晕和/或等离子体辐射破坏，并从而加入羟基和羧基。
B)第二步，用电晕和/或等离子体处理之后立即用双组分环氧树脂胶涂覆芯，优选以水平方式将纤维拉过胶浴，该胶浴用溶剂比如乙酸乙酯稀释最多十倍，速度是1～5米每秒，随后使覆盖物立即暴露于热中，以干燥并使结合层硬化。
C)第三步，涂覆一个或多个附加层，每层包含：
○10％～35％的虫胶；
○10％～35％液体水解的人头发；
○包含环氧氯丙烷或戊二醛以及聚异氰酸酯和/或亲水性脂肪族聚异氰酸酯的交联剂；
○可选地将纤维胶和乳酸作为附加的固定剂；以及这种涂覆可以重复两到三次。
D)第四步，在一侧用带分支的脊柱的围板(coam)聚合物涂覆终饰层或顶层，以获得额外的和持久的滑动效果。
E)第五步，涂饰之后，在最多一秒钟内，将芯和覆盖物另外进行电晕和/或等离子体冲击处理，在烘箱干燥之前进一步硬化和交联。
F)第六步，根据芯中聚合物的类型和所涂覆的覆盖物的厚度，将所得产品在热风烘箱中于90～180℃干燥5分钟到最多24小时，使人造发丝进一步结合和交联。
所得到的含高性能合成聚合物的芯的人造头发具有以下优点：
-亚洲漂白和染色的自然头发会被高温下长时间干燥和化学品所损伤，并且开始看起来像稻草，而这种人造头发耐受这些处理，并在较高温度下以及诸如用过氧化氢漂白或用强酸或强碱处理的化学处理之后保持它的特性。天然头发在温水中丧失其热引起的卷曲，这种人造头发即使在沸水中也能保持其热引起的卷曲，这依赖于使用的高性能聚合物(HPP)的类型。
-这种人造头发比其他已知的含有或者不含有天然或合成有机材料的发丝更加坚韧，具有更长的寿命。获得的强度比同样直径的人头发高至少15％。
-这种人造头发在燃烧时形成灰烬并在润湿时释放有机或者部分有机气味，相当于湿的人头发的气味。染料和水分吸收优于已知类型的人造头发。
为了更好地展示本发明的特点，根据本发明的人造头发的优选实施例，通过举例的方式参照附图描述如下，但并不局限于此，其中：
图1示意性地显示了根据本发明含天然丝素蛋白纤维的芯的一根人造头发的俯视图；
图2显示了根据图1的II-II线横截面，其垂直于人造头发的长度方向；
图3示意性地显示了根据本发明含高性能聚合物的单丝芯的人造头发的横截面；
图4示意性地显示了图3的一种变形的横截面，这种变形含高性能聚合物的复丝芯。
图1示意性地显示了含天然丝素蛋白纤维的芯的一根人造头发1的俯视图，表明其恒定的直径，在这种情况下是65μm。
图2示意性地显示了图1的人造头发1横截面的电子显微图像，在此情形下，可以在芯里看到十根组成的丝素蛋白纤维长丝2，由交联的基质3围绕，其中存在再交联的、水解液化的人头发4，在此情形中，人造头发的直径是65μm。
图3示意性地显示了垂直于一根人造头发5的长度方向的横截面，该人造头发5是根据本发明制造的，其含高性能聚合物的芯6，表明它的头发纤维直径是80μm。人造头发5包含一直径为50μm的单丝芯6，其中吸收了3μm的氮化硼颗粒。芯6被一环氧树脂胶层8围绕，所述环氧树脂胶层8确保了芯6与厚度为15μm的天然有机材料的围绕覆盖物9之间的结合。围绕覆盖物9涂饰以围板(coam)聚合物的饰面层10，为头发提供良好的滑动性质。
图4示意性地显示了图3的单一人造头发的一种变形11的横截面，在此情形中，高性能聚合物的芯是复丝芯12，该芯12包含数根高性能聚合物长丝13，在此情形中，在芯12的周围呈现的是天然有机材料的同心覆盖物9，覆盖物9通过环氧树脂胶8结合到芯12，并涂饰以饰面层10，围板(coam)聚合物在外侧。
该人造头发使用非常简单，如下所述。
该人造头发可以用于延长头发，以及在长假发中作为纬线，以改变或者改善发型或者延长他们的头发。
该人造头发的使用与自然的人头发没有区别，因为该人造头发耐受常规应用于人头发的操作。
例如，该人造头发耐受和/或允许清洗、热水淋浴、热烫发或者热卷发、剪发和烫发、染色、漂白、梳理以及用头发护理产品处理。
本发明决不限于作为例子所描述的和在附图中显示的实施方式，只要不超出权利要求书中限定的本发明的范围，根据本发明的人造头发可以以各种各样的变形实现。

Claims (16)

1.含天然有机材料的人造头发的组成，包含一芯，一覆盖物环绕在芯周围，其中所述芯包含带有一根或多根长丝的坚韧纤维，以及其中所述覆盖物包含一层或多层虫胶和液化水解的人头发，以及附着到所述芯的交联剂。
2.根据权利要求1所述的人造头发的组成，其特征在于，所述的芯由天然丝素蛋白纤维组成。
3.根据权利要求2所述的人造头发的组成，其特征在于，所述的芯由蚕丝组成。
4.根据权利要求1所述的人造头发的组成，其特征在于，所述的芯由高性能合成聚合物组成。
5.根据权利要求4所述的人造头发的组成，其特征在于，所述高性能合成聚合物选自以下聚合物组成的组：
6.根据权利要求4所述的人造头发的组成，其特征在于，所述覆盖物包含可交联成分液化水解的人头发(角蛋白)和虫胶，乳酸和化学交联剂。
7.根据权利要求6所述的人造头发的组成，其特征在于，所述覆盖物通过一粘合层粘结到所述的芯。
8.根据权利要求7所述的人造头发的组成，其特征在于，所述粘合层包含环氧树脂胶。
9.根据权利要求1所述的人造头发的组成，其特征在于，所述的芯的直径为30μm～70μm。
10.根据权利要求4所述的人造头发的组成，其特征在于，将0.2％～1％的立方氮化硼或者CBN加入到所述的芯中，如果是单丝芯，立方氮化硼或者CBN以小于或者等于3μm的纳米颗粒加入，如果是复丝芯，立方氮化硼或者CBN以小于1μm的纳米颗粒添加。
11.根据权利要求4所述的人造头发的组成，其特征在于，将2％～20％的超细磨砂玻璃纤维或者立方氮化硼加入到所述的芯聚合物中，如果是单丝芯，颗粒尺寸是3μm或者更小，如果是复丝芯，颗粒尺寸是1μm或者更小。
12.权利要求1所述的人造头发的制造方法，其特征在于，首先，由天然丝素蛋白或者合成的高性能聚合物制成所述的芯，然后是一步或者多步芯的涂覆步骤，所述芯使用一层或者多层虫胶和液化水解的人头发，通过交联剂结合。
13.根据权利要求12所述的人造头发的制造方法，其特征在于，所述的芯是将天然丝素蛋白的多长丝纤维浸渍到含有化学活性成分的虫胶溶液中，接着，在多长丝纤维的多个涂覆和润湿点中附着涂覆成分，所述涂覆和润湿点包含用于涂覆组分和用于虫胶的不同交联剂和偶联剂。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，其至少包括以下五步：
A)第一步，将含有化学活性成分的浸渍液体溶解在虫胶溶液中，得到以下组成：
-20％溶于乙醇中的虫胶作为溶剂；
-2％～5％，优选4％的三功能粘合促进剂，丙三醇缩水甘油醚；
-2％～5％，优选4％的双功能氢化双酚A二缩水甘油醚，以获得耐候性；
-0.1％的调聚物B单醚和聚乙二醇，以拉平人造头发；
-2％～5％，优选4％的高密度交联剂，乙二醇二缩水甘油醚；
-含有或者不含有溶剂颜料；
B)第二步，选择30～44分特(分特＝重量克数/10000m)之间、未经处理的丝素蛋白复丝缠绕于圆锥体上，优选地，每个圆锥体最多半公斤蚕丝蛋白，该圆锥体置于小笼里的圆柱形罐中；
C)第三步，将所述浸渍液体倒入所述圆柱形罐中，在制作过程中含丝素蛋白的圆锥体保留在该液体中，从浸渍液体和圆锥体中通过绕丝机拉伸丝素蛋白丝复丝，通过包含五个涂覆和润湿点以及六个干燥区域的涂覆机，所述干燥区域每个大约10米长，每个干燥区域使用短波红外(IR)辐射，温度达到180℃～260℃，优选240℃，拉伸速度是每秒3米，以及丝素蛋白纤维被拉伸通过以下五个涂覆和润湿点：
1)-第一点，其包含溶于水的25％液化水解的人头发；
2)-第二点，其包含溶解在乙醇中的15％虫胶、5％的双功能氢化双酚A二缩水甘油醚、5％的高密度交联剂乙二醇二缩水甘油醚，和0.1％的调聚物B单醚与聚乙二醇；
3)-第三点，其包含溶于乙醇中2～4％异腈，0.1％的调聚物B单醚与聚乙二醇，作为虫胶交联剂；
4)-第四点，其包含15％虫胶，2.5％三功能粘合促进剂丙三醇缩水甘油醚，2.5％双功能氢化双酚A二缩水甘油醚，0.1％调聚物B单醚与聚乙二醇，以及2.5％高密度交联剂乙二醇二缩水甘油醚；
5)-第五点，其包含溶于含7％2-巯基乙醇的乙酸乙酯中的20％的乳酸，用于人头发角蛋白的7％环氧氯丙烷交联剂，作为天然脂肪的2％粗羊毛脂，2％硅胶和0.1％调聚物B单醚与聚乙二醇；
D)第四步，在生产线的末端，将纤维重新缠绕在线轴上，把纤维从卷轴再次移走，以便在张力下在热风烘箱中进行干燥，在烘箱温度140℃下干燥1小时，随后释放张力，将纤维松散地放置在热风烘箱中以进一步交联，干燥时间是30分钟；
E)第五步，将该纤维置于50℃烘箱中24小时，然后将纤维从烘箱取出，用于进一步处理。
15.根据权利要求12所述的人造头发的制造方法，其特征在于，所述的芯是一高性能合成聚合物的芯，其被一层或者多层虫胶和液化水解的人头发的覆盖物所环绕，至少包括以下六步：
A)第一步，高性能聚合物的芯纤维，可选地，用氮化硼或者玻璃颗粒强化，将其拉过电晕或等离子体处理单元，使得在长达一秒的暴露时间后，部分聚合物链被电晕或等离子体辐射破坏，并从而加入羟基和羧基基团；
B)第二步，用电晕和/或等离子体处理之后立即用双组分环氧树脂胶涂覆芯，优选以水平方式将纤维拉过胶浴，该胶浴用溶剂比如乙酸乙酯稀释最多十倍，速度是1～5米每秒，随后使覆盖物立即暴露于热中，以干燥并使结合层硬化；
C)第三步，涂覆一个或多个附加层，每层包含：
○10％～35％的虫胶；
○10％～35％液体水解的人头发；
○包含环氧氯丙烷或戊二醛以及聚异氰酸酯和/或亲水性脂肪族聚异氰酸酯的交联剂；
○可选地，将纤维胶和乳酸作为附加的固定剂；以及其中这种涂覆可以重复两到三次；
D)第四步，在一侧用带分支的脊柱的围板聚合物涂覆终饰层或顶层，以获得额外的和持久的滑动效果；
E)第五步，涂饰之后，在最多一秒钟内，将芯和覆盖物另外进行电晕和/或等离子体冲击处理，在烘箱干燥之前进一步硬化和交联；
F)第六步，根据芯中聚合物的类型和所涂覆的覆盖物的厚度，将所得产品在热风烘箱中于90～180℃干燥5分钟到最多24小时，使人造发丝进一步结合和交联。
16.根据权利要求10所述的人造头发的制造方法，其特征在于，所述的芯是高性能合成聚合物的单丝或者复丝纤维，其被一粘合层环绕，以使得覆盖物结合到芯，采用一层或多层虫胶和液化水解的人头发和交联剂涂覆到芯上。
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