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同样是“海绵”,为啥粉扑这么柔软?

来源:果壳网 2017-01-16     

  在爱美人士的梳妆台上,总是少不了几块粉扑海绵。这些形状各异、花色繁多的小物件是粉底的好伙伴。

  一个偶然的机会,我知道了粉扑海绵这种东西。作为一个直男,如果仅看外表,我会把它们当成洗碗海绵的翻版。但只要轻轻一接触,就会立刻感到不同:它们摸起来十分柔软细腻,简直像婴儿的皮肤一样。

  同样是“海绵”,为什么化妆海绵就有如此奇妙的触感?我们能从它背后的材料化学中找到答案。

  图片来源:123rf.com.cn正版图片库

  要柔软

  柔软是海绵粉扑给人留下的第一印象。硬还是软(按照专业的说法,就是刚性和柔性),这对高分子材料的设计而言可是个不小的难题。

  在分子层面,“刚”体现的是分子形状的固定性,而“柔”则意味着较大的变形空间。“柔性”分子可以在不同条件下屈伸变换,这可以简单理解为是化学键的可旋转性造成的。

  同样是六元环,环己烷在常温下就可以转换三种不同造型,而苯只能勉强在三维空间中产生一点扭曲。相对而言,环己烷显示出较强的柔性,而苯则是较刚性的分子。环己烷图片来源:H. J. Chun et al., Journal of Molecular Spectroscopy, 2016

  不过,真实的材料并没有绝对的“刚”或“柔”。一个长链分子既不可能完全固定形状,也不可能完全随意变形。如何把握“变形程度”就成了材料设计的关键。

  大多数高分子其实像是三节棍,分子链中有刚性不可弯曲的部分,但也有一些柔软的连接点。而材料整体的软硬,还要看所处的温度。温度较低时,刚性的部分整齐排列,柔性部分也没有什么活动空间,此时的材料比较坚硬,被形象地称为“玻璃态”。温度上升到一定程度之后,原子振动加剧,柔性部分开始有了移动空间,此时的材料就变得柔软了,但依然保持固态的外貌,这就进入了“高弹态”。这两种状态相互转化的温度就被称为玻璃化转变温度(Tg)。

  很多材料的转变温度都要高于室温,也就是说,他们在室温时呈现硬硬的玻璃态。而想要做出柔软的粉扑,就需要那些玻璃化温度更低的材料——比如说橡胶。

  橡胶的分子就如同是一串佛珠,整个链条都显得很柔软,常温条件下也可以顺利变形。毫无疑问,它们是制作粉扑的好选择。

  一只乳胶手套被液氮冷冻后变成了又脆又硬的模样,这就是从“高弹态”转变为“玻璃态”的例子。橡胶材料的这种转变发生在低温下。原视频来自:Yair Maimon

  但不要过敏

  最初,人类可选的橡胶品种并不多,自然界给我们的馈赠几乎只有一种,那就是生长于热带地区的橡胶树。它们可以分泌出一种富含顺式聚异戊二烯的乳液,经过加工之后,就成了鼎鼎大名的天然橡胶。

  但即便是天然橡胶,也是在美洲新大陆被欧洲人发现之后,才开始逐渐流行,直到19世纪初才出现了大型橡胶企业,可以稳定地供应天然橡胶。在那之后,就出现了天然橡胶制作的粉扑。

  天然橡胶粉扑足够柔软,但它存在一个很大的缺陷——比较容易引起皮肤过敏。一些人会对天然橡胶中的蛋白质产生过敏反应,在1950年时,福尔门等人就分析了一些皮肤过敏案例,并确定有26宗是因天然橡胶粉扑引起,过敏部位主要出现在脸部和颈部[1]。

  天然橡胶粉扑造成的皮肤过敏。图片来自:参考文献1

  原本是修饰皮肤的工具,却带来了皮肤过敏问题,这不仅是生理伤害,同时也导致了心理创伤。自此之后,粉扑所使用的原料开始逐步转向低致敏性的人工高分子材料。丁腈橡胶、聚氨酯、聚乙烯醇、硅橡胶……一代又一代的新原料,构成了如今市场上花样繁多的粉扑产品。不过,天然橡胶其实也并没有退出历史舞台。经过处理降低蛋白含量,也可以有效减少天然橡胶的过敏问题。

  现在,花样繁多的海绵粉扑很多都是人工高分子材料制成。

  还要和水“脾气相投”

  除了材质本身的弹性,还有两个特性对海绵粉扑的使用舒适度至关重要,一个是孔隙率,另一个就是亲水性了。

  这些粉扑海绵是将橡胶原料进行发泡处理得到的,发泡的程度越高,其中就会有越多的孔隙。相对来说,孔隙率越高,与皮肤接触时便会显得越轻软,同时,吸附粉底液的量也会多一些(但这并非必然)。

  电子显微镜下的化妆海绵孔隙结构。图片来自:inoac.co.jp

  粉扑是否与水亲合,也会直接影响使用感受。很多海绵粉扑还要满足“干湿两用”的上妆需求,这也对材料提出了更多要求。

  要想得到亲水性适宜的粉扑材料,常需要对高分子进行一些改造。比如说丁腈橡胶,这种材料性能优异,但却与水不亲合。为了让它更适合制作化妆海绵,就需要给分子中安上亲水的基团。比如说,在对丁腈橡胶进行硫化时,同时加入一些丙烯酸的多元醇酯共聚,这样最终得到的材料分子中就出现了羟基,亲水性得到明显改善。

  充分吸水并膨胀的海绵粉扑(左)与干粉扑(右)。适当的亲水性对化妆海绵十分重要。

  当然,亲水性也不是越高越好。与丁腈橡胶相反,聚乙烯醇就是一种亲水性非常好的聚合物。它亲水性实在太好,吸了水之后就很难挤出来,用作粉扑海绵的时候就会很不方便了。这时候,也需要对分子进行化学改造。让聚乙烯醇与甲醛进行缩合,“封闭”部分亲水的羟基,这样才能用得舒坦。只不过,这样处理的后果也会带来甲醛释放的隐患。

  天然和人工,谁更好?

  说了这么多,还有个问题最后还是要多个嘴。挑选粉扑的时候,导购们也许会强调天然与人工合成的区别,例如说到天然海绵无刺激,或是天然材质吸水性好。不过,这两点其实并不成立。

  天然胶乳最大的缺陷之一就是易致敏,据统计,欧美人对天然橡胶的过敏率超过10%,而亚洲人也有2-3%的人群会有敏感反应。至于吸水性的问题,天然橡胶也称不上优异,聚乙烯醇与水性聚氨酯材料的亲水性都要强于天然胶,在孔隙率相同的基础上,使用起来的舒适度也会更高。因此,市面上可以找到的天然胶乳海绵其实并不多,作为消费者也无需为此付出更多成本。

  小小的化妆海绵看起来简单,但它背后也少不了材料学技术的支持。下次坐在梳妆台前时,不妨心细体会下现代科技带来的这份舒适与便利吧。(编辑:窗敲雨)

  参考资料:

  Dorothy Furman, Alexander A. Fisher and Morris Leider. Allergic Eczematous Contact-Type Dermatitis Caused by Rubber Sponges Used for the Application of Cosmetics. J Invest Dermatol. 1950 Sep;15(3):223-31.