CN108635243A - 一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂及其制备方法，包括以下步骤：将石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N‑二甲基甲酰胺溶液中，超声振荡和机械搅拌，得到石墨烯气凝胶胶体溶液；将石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在高速搅拌下滴加氨水，继续加热搅拌，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液；将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经过滤后，充分干燥去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶；将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入植物染料活性成分，充分搅拌，静置浓缩，得到产品。本发明将石墨烯气凝胶作为染发剂的载体，丰富的孔隙结构以及表面含有的二氧化硅层，可显著提高植物活性染料的稳定性和含量，提高了染发剂的染发效果。
Description
技术领域
本发明属于日用化妆品技术领域，具体涉及一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂及其制备方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高，染发剂作为一种改变发色的日常美容化妆品已经逐步走进寻常百姓家，不仅可以改善白发的影响，而且可以赋予发色多彩性，是时尚流行的风尚。近年来，染发剂在化妆品领域的发展十分活跃，传统的染发剂多为无机矿物染发剂和化学合成染发剂，无机矿物染发剂中含有Pb、Ni、Co等重金属，容易与人体内的某些特异性酶结合形成复合物，直接干扰和破坏酶的正常生理活性，导致各种中毒性疾患，如生育畸形、器官损坏等，化学合成染发剂中含有芳胺类化合物、氧化剂、多元酚类等组分均有一定的毒性和致敏性，因此天然植物染发剂越来越受到人们的喜爱。
目前天然植物染发剂主要成分为苏木精、单宁酸等多元酚类天然植物型染料活性成分，植物染料活性成分可以与阳离子表面活性剂或者金属盐类络合形成细小的有色络合物颗粒，渗透入头发表皮或者进入头发皮质，赋予头发自然的色彩，但是天然植物染发剂的制备工艺复杂，染色效果稳定性和均匀性差。中国专利CN 102048670B公开的一种天然植物染发剂，该天然植物染发剂由多元醇相和水相混合而成，其中多元醇相的组成包括丙二醇/甘油/异丙醇/1,3-丁二醇多元醇、纳米包裹载体脂质体和苏木精，水相包括水溶性亚铁盐、增稠剂和水，此外天然植物染发剂中还包括丙稀酸类、瓜尔胶或者纤维素增稠剂。该方法制备的染发剂中中染化活性成分被纳米载体包裹形成粒径小于100微米的颗粒，可被吸附在毛发毛鳞片之间，增加了活性成分与头发的接触面积，上染率高，上染时间段，染色的均匀性和耐水洗性好。中国专利CN 108030704A公开的以氧化石墨烯为助染剂的植物染发剂及制备方法，该染发剂包括第一乳剂和第二乳剂，其中第一乳剂包括从海娜、苏木、胡桃青皮、五倍子、醋栗、茶叶、栀子、槐米、紫草、槟榔、茜草、姜黄和旱莲草中一种或两种以上提取的植物色素液和水溶性氧化石墨烯，第二乳剂包括金属盐，该方法制备的植物染发剂通过氧化石墨烯代替部分金属盐媒染剂的使用量，降低了监控风险，提高了天然染料在头发上的均匀度和成膜性，且制备的植物染发剂为啫喱或者乳液剂型，使用方法简单。由上述现有技术可知，将纳米技术引入染发剂中，通过加入纳米材料或者制备成纳米微球以提高染发剂的使用效果，但是纳米材料多以包覆或者分散的形态存在于染发剂中，纳米材料之间容易团聚造成染发不均。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂及其制备方法，本发明将石墨烯气凝胶作为植物活性染料的载体，通过对石墨烯气凝胶的表面覆盖二氧化硅层，将石墨烯气凝胶丰富的孔隙结构和二氧化硅的天然亲水和粘合性能相联系，更有利于植物活性染料附着和固定在孔隙中，提高了染发剂的的稳定性和有效物质的含量，且进一步提高了染发剂在毛发表面的成膜性和结合牢度，提高了染发剂的染发效果。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声振荡和机械搅拌，得到石墨烯气凝胶胶体溶液；
(2)将步骤(1)制备的石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在高速搅拌下滴加氨水，继续加热搅拌，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液；
(3)将步骤(2)制备的二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经过滤后，充分干燥去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶；
(4)将步骤(3)制备的二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，石墨烯气凝胶粉末的粒径为100-150目，石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:2-4mL。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，超声振荡的功率为500-800W，时间为15-30min，石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶的浓度为0.5-0.8mg/mL。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:0.8-1.2。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，加热搅拌的工艺为：先在50-60℃下，以500-800r/min的速率搅拌5-10min，然后以1-2℃/min的速率升温至60-75℃，以800-1000r/min的速率搅拌10-15min，最后以0.5-1℃/min的速率升温至75-80℃，以1000-1200r/min的速率搅拌15-25min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，过滤的过滤膜的孔径为0.2-0.5μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，干燥去除溶剂的工艺为：先在80-90℃下干燥1-2h，然后升温至120-130℃干燥2-4h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，植物染料活性成分包括散沫花色素、姜黄素、槲皮素或者苏木精中一种或者几种的混合物。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为5-12wt％。
本发明还要求保护所述的任一一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法制备的石墨烯气凝胶改性的植物染发剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的石墨烯气凝胶改性的植物染发剂是功能载体为二氧化硅改性的石墨烯气凝胶，石墨烯已经有报道证明可在毛发的表面形成涂层，赋予毛发自然的光泽，降低金属盐的使用量，但是目前使用的石墨烯都为氧化石墨烯的片状材料，染发剂中的含量受到限制，且氧化石墨烯表面难以与植物活性染料成分之间结合，降低了植物活性染料与毛发的接触面积，继而影响了植物活性染料的使用效果，且头发本身具有疏水性，经过洗发水中表面活性剂的氧化处理后，虽然头发表面会变为亲水性，但是与氧化石墨烯的附着力仍较低。本发明选用二氧化硅层对石墨烯材料进行表面改性处理，二氧化硅层作为粘合剂和改性性，不仅使石墨烯材料的表面可以吸附在亲水头发的表面，使其恢复为疏水性，而且利用石墨烯气凝胶丰富的孔洞性能，将植物活性染料牢固的吸附其中，将植物染料固定在二氧化硅表面中，使其与周围的环境包括头发跟皮肤隔离开来，在使用的过程中缓慢释放作用于头发表面，使染色更加均匀稳定，提高了活性染料的使用率，使毛发的色泽更加柔和，染色后的头发的耐水洗性能更佳。
(2)本发明通过对石墨烯染发剂进行改性，用二氧化硅改性的石墨烯气凝胶作为载体，制备方法简单，使用设备简单，对环境要求低，可控性强，可进一步提高染发剂的上染率和使用效率，为石墨烯染发剂提供了更多的可能。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)按照石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:2mL，将100目的石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在500W下超声振荡15min，然后在800r/min的转速下机械搅拌20min，得到石墨烯气凝胶胶体溶液。
(2)按照石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:0.8，将石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在1000r/min的速率高速搅拌下以0.5mL/min的速率滴加氨水，先在50℃下，以500r/min的速率搅拌5min，然后以1℃/min的速率升温至60℃，以800r/min的速率搅拌10min，最后以0.5℃/min的速率升温至75℃，以1000r/min的速率搅拌15min，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液。
(3)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经孔径为0.2μm的过滤膜过滤后，先在80℃下干燥1h，然后升温至120℃干燥2h，去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶。
(4)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入散沫花色素植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂，其中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为5wt％。
实施例2：
(1)按照石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:4mL，将150目的石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在800W下超声振荡30min，然后在1500r/min的转速下机械搅拌45min，得到石墨烯气凝胶胶体溶液。
(2)按照石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:1.2，将石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在1500r/min的速率高速搅拌下以1mL/min的速率滴加氨水，先在60℃下，以800r/min的速率搅拌10min，然后以2℃/min的速率升温至75℃，以1000r/min的速率搅拌15min，最后以1℃/min的速率升温至80℃，以1200r/min的速率搅拌25min，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液。
(3)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经孔径为0.5μm的过滤膜过滤后，先在90℃下干燥2h，然后升温至130℃干燥4h，去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶。
(4)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入姜黄素植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂，其中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为12wt％。
实施例3：
(1)按照石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:3mL，将120目的石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在600W下超声振荡20min，然后在1000r/min的转速下机械搅拌35min，得到石墨烯气凝胶胶体溶液。
(2)按照石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:0.9，将石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在1300r/min的速率高速搅拌下以0.7mL/min的速率滴加氨水，先在55℃下，以600r/min的速率搅拌8min，然后以1.5℃/min的速率升温至65℃，以950r/min的速率搅拌12min，最后以0.6℃/min的速率升温至78℃，以1100r/min的速率搅拌20min，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液。
(3)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经孔径为0.3μm的过滤膜过滤后，先在85℃下干燥1-2h，然后升温至125℃干燥3h，去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶。
(4)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入槲皮素植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂，其中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为8wt％。
实施例4：
(1)按照石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:3.5mL，将130目的石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在650W下超声振荡25min，然后在1200r/min的转速下机械搅拌35min，得到石墨烯气凝胶胶体溶液。
(2)按照石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:1.1，将石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在1450r/min的速率高速搅拌下以0.8mL/min的速率滴加氨水，先在55℃下，以750r/min的速率搅拌8min，然后以1.3℃/min的速率升温至70℃，以900r/min的速率搅拌13min，最后以0.8℃/min的速率升温至78℃，以1050r/min的速率搅拌20min，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液。
(3)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经孔径为0.4μm的过滤膜过滤后，先在85℃下干燥1.5h，然后升温至125℃干燥3.5h，去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶。
(4)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入苏木精植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂，其中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为9wt％。
实施例5：
(1)按照石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:2mL，将150目的石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在500W下超声振荡30min，然后在800r/min的转速下机械搅拌45min，得到石墨烯气凝胶胶体溶液。
(2)按照石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:0.8，将石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在1500r/min的速率高速搅拌下以0.5mL/min的速率滴加氨水，先在60℃下，以500r/min的速率搅拌10min，然后以1℃/min的速率升温至75℃，以800r/min的速率搅拌15min，最后以0.5℃/min的速率升温至80℃，以1000r/min的速率搅拌25min，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液。
(3)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经孔径为0.2μm的过滤膜过滤后，先在90℃下干燥1h，然后升温至130℃干燥2h，去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶。
(4)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入苏木精植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂，其中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为9wt％。
实施例6：
(1)按照石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:2.5mL，将100目的石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在800W下超声振荡15min，然后在1500r/min的转速下机械搅拌20min，得到石墨烯气凝胶胶体溶液。
(2)按照石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:1.1，将石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在1000r/min的速率高速搅拌下以1mL/min的速率滴加氨水，先在50℃下，以800r/min的速率搅拌5min，然后以2℃/min的速率升温至60℃，以1000r/min的速率搅拌10min，最后以1℃/min的速率升温至75℃，以1200r/min的速率搅拌15min，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液。
(3)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经孔径为0.4μm的过滤膜过滤后，先在80℃下干燥2h，然后升温至120℃干燥4h，去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶。
(4)将二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入散沫花色素和苏木精植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂，其中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为10wt％。
经检测，实施例1-6制备的石墨烯气凝胶改性的植物染发剂以及现有技术(CN108030704A)的染发效果的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的上染率和耐水性能显著提高。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将石墨烯气凝胶粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声振荡和机械搅拌，得到石墨烯气凝胶胶体溶液；
(2)将步骤(1)制备的石墨烯气凝胶胶体溶液中加入正硅酸乙酯，在高速搅拌下滴加氨水，继续加热搅拌，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液；
(3)将步骤(2)制备的二氧化硅改性的石墨烯气凝胶溶液经过滤后，充分干燥去除溶剂，得到二氧化硅改性的石墨烯气凝胶；
(4)将步骤(3)制备的二氧化硅改性的石墨烯气凝胶分散于水中，加入植物染料活性成分，充分搅拌，静置，浓缩，得到石墨烯气凝胶改性的植物染发剂。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，石墨烯气凝胶粉末的粒径为100-150目，石墨烯气凝胶粉末和N,N-二甲基甲酰胺的用料比为1mg:2-4mL。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，超声振荡的功率为500-800W，时间为15-30min，石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶的浓度为0.5-0.8mg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，石墨烯气凝胶胶体溶液中石墨烯气凝胶与正硅酸乙酯的质量比为1:0.8-1.2。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，加热搅拌的工艺为：先在50-60℃下，以500-800r/min的速率搅拌5-10min，然后以1-2℃/min的速率升温至60-75℃，以800-1000r/min的速率搅拌10-15min，最后以0.5-1℃/min的速率升温至75-80℃，以1000-1200r/min的速率搅拌15-25min。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，过滤的过滤膜的孔径为0.2-0.5μm。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，干燥去除溶剂的工艺为：先在80-90℃下干燥1-2h，然后升温至120-130℃干燥2-4h。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，植物染料活性成分包括散沫花色素、姜黄素、槲皮素或者苏木精中一种或者几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，石墨烯气凝胶改性的植物染发剂中二氧化硅改性的石墨烯气凝胶的含量为5-12wt％。
10.权利要求1-9所述的任一一种石墨烯气凝胶改性的植物染发剂的制备方法制备的石墨烯气凝胶改性的植物染发剂。
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