J Korean Soc Cosmetol > Volume 27(2); 2021 > Article
Aspartic acid 중간처리를 적용한 퍼머넌트 웨이브가 자연모에 미치는 효과

Abstract

This study attempted to investigate the effects of aspartic acid as an intermediate agent for a permanent wave in virgin hair. According to a test on the improvement of wave formation depending on concentration, the optimum ratio for aspartic acid was 0.75%. Therefore, 0.75% concentration of aspartic acid was used as an intermediate agent for permanent wave formation in an experimental group. The same amount of distilled water was used for a control group, and the results showed the following: In terms of permanent wave efficiency, the experimental group was higher than the control group by 4.0%. When shampooed 30 times, the experimental group remained more efficient than the control group by 4.8%. In other words, the experimental group was better than the control group in terms of wave formation and retention. As for tensile strength, the experimental group was higher than the control group by 3.14% (p<0.05). In terms of elongation, the experimental group was lower than the control group by 6.50% (p<0.05). According to the methylene blue colorimeter, the experimental group was lower than the control group by 67.24% in terms of the degree of damage (p<0.01). When hair was examined, using scanning electron microscopy (SEM), the experimental group exhibited less damage than the control group in terms of cuticle damage, confirming that aspartic acid is effective in improving cuticle conditions and hair texture. In other words, this study confirmed the possibility of aspartic acid as a permanent wave agent.

I. 서 론

헤어스타일은 머리카락을 이용하여 표현되며, 머리카락은 신체의 일부에 속하는 동시에 간편한 방법으로 헤어스타일 변형이 가능하여 다양한 이미지로 변화를 줄 수 있다. 헤어스타일에 변화를 줄 수 있는 방법으로는 커트(cut), 퍼머넌트 웨이브(permanent wave, 펌), 염색(coloring) 및 탈색(bleach) 등이 있다. 그 중에서 펌은 물리·화학적 시술을 통해 모발을 곡선 또는 직선의 형태로 변화를 주는 방법이다(Han & Kang, 2015).
상업적으로 이용되는 펌제는 1제와 2제로 구성되어있으며, 시술은 3단계로 나눌 수 있다. 1단계는 1제를 통한 모발의 환원 단계이다. 1제의 성분은 cysteine, cysteamine, thioglycolic acid가 있으며, 이들은 공통적으로 환원력을 가지고 있다(Kim & Na, 2019). 모발은 단백질인 keratin으로 이루어져 있으며, 이 단백질에는 cysteine이 함유되어 있어, 이의 산화형태인 cystine을 통해 keratin간 결합인 이황화결합(disulfide bond)을 생성한다(Cruz et al., 2017). 1제는 환원력을 통해 cystine을 환원시켜 cysteine으로 만들고, 이황화결합을 분리시켜 모발의 물리적 내구성이 약화된다. 동시에 1제는 흡수성을 높이기 위해 알칼리제, 침투제, 습윤제, 점증제 등을 첨가하여 pH를 높여서 큐티클을 팽창시켜 연화 및 환원작용을 촉진시킨다(Kang & Kang, 2017). 펌 시술 후 모발 내에 잔류된 알칼리성 물질은 모발의 간층물질을 유출시켜 모발을 다공화시킨다.
2단계는 물리적인 고정단계이다. 환원된 모발을 rod에 감는 과정이며 잡아당기고 휘는 과정에서 물리적인 손상을 주게 되며, 큐티클의 탈락이 발생된다.
3단계는 2제를 통한 모발의 재산화단계이다. 2제의 성분은 hydrogen peroxide, sodium bromate가 있으며, 이들은 공통적으로 산화력을 가지고 있다(Gumprecht & KanuPatel, 1976). 1제의 작용으로 환원된 cysteine이 2제에 의해 산화되며, disulfide bond가 재생성된다. 2제는 산화력을 가진 물질을 주성분으로 하는데 두피와 모발을 급격하게 변화시키므로 불안정하게 만들고, 모발의 탈색과 손상, 저항성 약화 등을 초래한다(Jeon, 2012). 특히 1제로 인해 생성된 기공에는 2제가 잔류하기 쉬워 지속성 손상이 일어난다. 동시에 장시간 처리 시 cysteine의 과산화로 인해 cysteic acid가 생성되는 비가역적 화학 손상이 일어나기도 한다(Signori & Lewis, 1997).
선행 연구를 통해 polycarboxylic acid에 속하는 여러 유기산들이 펌의 효과를 상승시키는 것을 확인하였다(Song et al., 2016). 특히 유기산 중 adipic acid (Jun & Kang, 2019)와 tartaric acid (Park & Kang, 2019)의 중간처리가 펌 효율 및 모발 보호에 도움을 주었다는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 이와 다른 유기산인 동시에 아미노산인 aspartic acid를 사용하는 방법을 고안하였다. Aspartic acid는 C4H8O3N2 화학식을 갖는 유기화합물이며, 유기산인 동시에 아미노산인 특징을 가지고 있다. 대부분의 선행연구는 carboxylic group에 의한 결합을 다루고 있으며, 본 논문에서는 amino group이 펌 효율에서 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위하여 실험을 진행하였다. Aspartic acid에 포함되어있는 carboxylic group와 amino group은 다양한 amino acid에 반응이 가능하며, 물에 녹아 산성을 나타내기 때문에 모발에 잔류되어있는 알칼리 성분을 제거하여 팽윤된 모발의 손상을 완화시킬 것이다.
본 논문에서는 aspartic acid가 펌 처리 시 1제에 의해서 벌어진 모발 내부에 침투하여 모발 내부의 공간을 줄일 것으로 추정하였고, 모발의 웨이브 형성력과 지속력, 굵기, 인장강도 및 신도, 손상도, 표면 관찰을 통해 aspartic acid 중간처리를 적용한 펌 시술이 모발 손상을 얼마나 방지 하는지 확인하였다.

II. 재료 및 방법

1. Aspartic acid 용액 제조

Aspartic acid의 최적 농도를 찾기 위해서 농도별로 중간처리를 하였다. 실험에 사용된 aspartic acid (Sigma, USA)는 각 0%, 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1% 수용액을 만들어 사용하였다. Aspartic acid 수용액을 만들기 위하여 증류수 100 mL에 aspartic acid를 농도별로 배합한 후, 40°C로 가열해서 녹여서 각 농도로 만들었다.

2. 실험 모발 준비

실험에 사용된 모발은 화학적 시술을 하지 않은 여성의 모발을 구입하여 사용하였다. 실험 전 실험에 적당하지 않은 28 cm 보다 짧은 머리 및 가는 머리를 제거한 뒤 사용하였으며, 모발 절단부에서 약 2 8 cm 길이로 자른 뒤 모발을 1 g씩 정량하여 모발 절단부에서 3 cm 부위를 철사로 마감하여 모다발을 만들었다. 만들어진 모다발 길이가 25 cm가 되도록 정리하고, pH 7의 중성샴푸(녹차실감, Amos professional, Korea)와 증류수로 세척하여 실험에 사용하였다.

3. Aspartic acid의 중간처리

실험군(Exp.)은 1제 thioglycolic acid (Odorless wave lotion, Somang, Korea)를 처리한 후 38°C에서 25분간 열처리하였다. 1제가 도포된 모발을 직경 8 mm 로드에 spiral 방식으로 와인딩하였다. 그 후 중간처리로 와인딩한 모발에 aspartic acid 수용액을 도포하여 38°C에서 10분간 열처리하였다. 중간처리 수용액을 타올로 제거한 후, 2제 hydrogen peroxide (Neutralizing, Somang, Korea)를 도포하여 실온에서 10 분간 방치하여 로드 제거 후 증류수로 세척하였다. 대조군(Cont.)은 동일한 방법으로 진행하되 aspartic acid 대신 동일한 양의 증류수로 중간처리를 실시하였다.

4. Aspartic acid 중간처리 후 모발 상태 측정

펌처리가 완료된 모다발의 상태를 일정하게 하고자 모발 시료는 온도 24~25°C, 상대습도 50~55%의 환경에서 24시간 동안 방치하여 건조시켰으며, 모발 웨이브의 효율과 지속력 측정, 모발의 굵기 측정, 인장강도 및 신도 측정, methylene blue 손상도 측정, 모발의 표면을 관찰하였다. 모발의 지속력 실험은 연속성을 위해서 1개의 시료를 1회, 10회, 20회, 30회 세척을 하여 실험을 진행하였고, 모발의 웨이브 효율, 모발의 굵기, 인장강도 및 신도 측정, methylene blue 손상도 측정, 모발의 표면 실험은 1개의 시료를 1회 세척하여 실험을 진행하였다.

1) 모발의 웨이브 형성력과 지속력

모발의 웨이브 형성력(waving efficiency)을 측정하기 위해 spiral 와인딩 기법으로 펌을 실시하고 모다발의 길이를 측정하였다. 실험은 연속성을 위해서 1개의 시료로 진행되었다. 측정된 수치는 시술 전 모다발 길이에서 얼마나 줄어들었는지 백분율로 표시하였다. 지속력은 1일 1회 세척한 뒤 건조하는 방법으로 세척 1회, 10회, 20회, 30회 후 컬의 형태와 모다발의 길이를 측정하였다. 웨이브 형성력은 아래의 식으로 계산하였다.
Waving efficiency (%) = W0-WpW0 × 100
(W0 : 펌시술 전 모발 길이, Wp : 펌시술 후 모발 길이)

2) 모발의 굵기

펌 실험 후 1회 세척하고 모다발에서 15가닥의 모발을 무작위로 선별하여 철사 고정처리 지점 5 cm 아래 부분을 digital micrometer (Api 100, Aramhuvis, Korea)로 모발 굵기를 각각 5회 측정하여 평균값을 계산하였다. 실험은 3회 반복하여 평균값으로 계산하였다.

3) 모발의 인장강도 및 신도

펌 실험 후 1회 세척하여 모다발에서 20가닥의 모발을 무작위로 선별한 후 만능재료강도시험기(INSTRON 4465, INSTRON, USA)로 섬유단사를 측정하는 한국 산업규격 섬유의 인장강도 및 신도의 시험방법(KS K ISO 5079:2007)에 준하여 측정하였다. 실험은 3회 반복하여 평균값으로 계산하였다.

4) Methylene blue를 사용한 손상도 측정

펌 실험 후 1회 세척하여 모다발에서 10가닥의 모발을 무작위로 선별한 뒤 철사 고정처리 지점 아래 3.5~5.5 cm 부분을 1.5 cm로 잘라 2% methylene blue 용액에 담근 후 1시간 동안 모발을 염색시켰다. 그 후 모발 표본에 묻은 methylene blue 용액을 닦아낸 후 1 mL disorption buffer (50% D.W, 49% ethanol, 1% glacial acetic acid)에 넣어 5분간 용출시킨 뒤 모발을 제거한 buffer의 흡광도를 660 nm에서 spectrophotometer (Neosys-2000, Scinco, Korea)로 측정하였다. 실험은 3회 반복하여 평균값으로 계산하였다.

5) 주사전자현미경(SEM) 관찰

펌 실험 후 1회 세척하여 모다발에서 1.5 cm 길이로 잘라 copper holder 위에 carbon tape를 접착한 표면에 나열하였다. 이온침착기(SCD 005, Baltec, Swiss)를 사용하여 20 nm두께로 백금코팅(platinum coating)한 다음 주사전자현미경(SU 8010, Hitachi, Japan)으로 15 kV에서 700배, 1000배, 2000배율로 모발의 표면을 관찰하였다.

5. 자료분석 및 통계

통계분석은 SPSS statistics 26.0 (IBM, USA)를 사용하였으며, t-test를 통해 실험군과 대조군의 측정값의 유의성을 검정하였다.

III. 결과 및 고찰

1. Aspartic acid 농도별 펌 중간처리를 적용한 자연모의 웨이브 효율

Aspartic acid의 최적 농도를 찾기 위해 0.00%, 0.25%, 0.50%, 0.75%, 1.00%로 사전 예비 실험을 진행하였다. Fig. 1은 aspartic acid 0%, 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1% 농도로 중간처리를 적용한 펌의 모발 길이 및 웨이브의 효율이다. 펌 실험 결과 aspartic acid 0%, 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1%로 처리된 모발의 웨이브 효율은 36.8%, 42.8%, 44.8%, 45.6%, 41.2%로 나타나, 0.75%에서 가장 높은 웨이브 효율을 나타났다. 반면 aspartic acid 1% 농도로 처리된 모발의 웨이브 효율은 41.2%로, aspartic acid의 농도가 0.75%이상일 경우 고농도로 처리할수록 웨이브 효율이 떨어지는 결과를 보였다.
Aspartic acid는 carboxyilc group과 amino group을 가지고 있으며, 1제가 처리된 모발의 경우 keratin간의 연결이 끊겨 side chain이 다른 물질과 접근하기 쉬운 상태가 된다. 따라서 functional group과 keratin의 side chain은 결합을 생성할 수 있다(Song et al., 2016). 이때 생성되는 화학적 결합은 aspartic acid의 농도, 온도, pH, 반응시간과 관련이 있으며, 고농도에서 결합의 양이 증가한다(Song et al., 2016; 전유희와 강상모, 2019). 한편 높은 농도의 aspartic acid로 처리했을 때 웨이브 형성력이 떨어지는 것은 pH에 의한 것으로 예상된다. 1제의 경우 pH를 높혀 cuticle의 작용을 약화시키며, 펌제가 모발 안으로 쉽게 들어갈 수 있도록 돕는다(Bolduc & Shapiro, 2001).
본 실험에서는 중간처리로서 산성의 aspartic acid 용액을 처리하였고, 이는 cuticle이 다시 닫히게 하는데 영향을 줄 수 있다(전유희와 강상모, 2019). 즉, aspartic acid를 넣으면 cross link 생성이 증가하여, 펌 효율이 늘어날 수 있으나, 0.75%이상 이 되면 낮아진 pH에 의해 cuticle이 닫혀 과산화수소의 영향을 억제하여 웨이브 형성력을 감소시킨 것으로 보인다.
Adipic acid를 이용한 선행연구의 경우 1.0%의 농도로 처리 시 5.2 %p의 펌 효율 증가를 보였다(전유희와 강상모, 2019). Tartaric acid를 이용한 선행연구의 경우 5.0%의 농도로 처리 시 8.8%p의 펌 효율 증가를 보였다(Park & Kang, 2019). 본 실험에서는 aspartic acid를 0.75%의 농도로 처리하여 8.8%p의 펌 효율 증가를 보였다.
Aspartic acid와 adipic acid는 공통적으로 유사한 분자량(146.14 g/mol, 133.11 g/mol)을 가지고 있으며 2개의 carboxylic group을 가지고 있지만, aspartic acid는 추가적인 amino group을 가지고 있어 더 높은 웨이브 효율을 나타낸 것으로 보인다.
Tartaric acid의 경우 2개의 carboxylic group과 2개의 hydroxyl group을 가지고 있는데 비해, aspartic acid는 2개의 carboxylic group과 1개의 amino group을 가지고 있다. 즉, hydroxyl group이 웨이브 형성력에 미치는 기여도보다 amino group이 웨이브 형성력에 미치는 기여도가 더 큰 것으로 보인다.

2. Aspartic acid 펌 중간처리를 적용한 자연모의 웨이브 지속력

Aspartic acid 중간처리제로 사용 시 Fig. 1에선 0.75% 용액이 가장 최적인 것으로 나타났다. 이를 이용하여 aspartic acid 0.75% 용액으로 중간처리를 적용한 펌처리를 하였으며 이를 실험군으로 사용하였다. 펌처리 후 웨이브 지속력을 측정하기 위해 대조군과 실험군은 샴푸를 1회, 10회, 20회, 30회 실시하였다. 샴푸 후 측정한 결과는 Table 1, Fig. 2와 같다. 자연모의 펌처리 후 모발의 웨이브 지속력은 1회 샴푸 후의 경우, 대조군의 웨이브 길이는 15.3 cm로 38.8%의 효율을 나타냈고, 실험군은 14.3 cm로 42 .8%의 효율을 나타냈다. Aspartic acid를 중간 처리한 실험군에서 웨이브 지속력이 더 좋았다. 10회 샴푸 시 대조군은 16.2 cm로 35.2%의 효율을 나타냈고, 실험군은 14.8 cm로 40.8%의 효율을 나타냈다. 20회 샴푸 시 대조군은 17.5 cm로 30.0%의 효율을 나타냈고, 실험군은 15.8 cm로 36.8%의 효율을 나타냈다. 30회 샴푸 시 대조군은 17.9 cm로 28.4%의 효율을 나타냈고, 실험군은 16.7 cm로 33.2%의 효율을 나타냈다.
샴푸 30회 실시 후 결과를 보면, 대조군의 지속력은 1회, 10회, 20회, 30회 샴푸 시 각각 38.8%, 35.2%, 30.0%, 28.4%로 감소하여 1회부터 30회 사이 10.4% 감소하였고, 실험군의 지속력은 각각 42.8%, 40.8%, 36.8% 33.2%로 감소하여 1회부터 30회 사이 9.6% 감소하였다. 감소하는 비율은 비슷하지만 최종적으로 샴푸 횟수가 증가하더라도 웨이브 형성력은 대조군보다 실험군이 4.8% 더 좋은 결과를 보였다. 그러므로 aspartic acid를 중간처리한 실험군의 웨이브 지속력 및 효율이 더 좋은 것을 알 수 있었다.
Aspartic acid는 2개의 carboxyl group과 1개의 amine group을 가지고 있는 dicarboxylic acid이며 amino acid이다. 이러한 특성을 이용하여 2~3개의 분자를 이어주는 cross-linker로서 사용될 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 dicarboxylic acid로 albumin, collagen, silk와 같은 biopolymer를 cross-link하여 물리적 특성과 안정성을 향상시킬 수 있다(Reddy et al., 2015).
머리카락을 구성하는 keratin 역시 biopolymer이다. 환원제는 모발의 side chain를 노출시키는데, 이 모발의 side chain과 aspartic acid의 3개의 functional group 사이에 결합 형성이 가능하며, 모발의 물리적 특성인 웨이브의 형성력을 개선시킬 수 있다. 특히 carboxyl group은 hydroxyl group과 반응하여 ester group을 생성할 수 있는데, 이 반응을 esterification이라 하며 공유결합으로 두 분자가 연결되는데, esterification의 반응속도는 온도와 비례하여 상승하지만(Chan et al., 2010), 40°C의 낮은 온도조건에서도 느리게 esterification이 진행된다(Lin et al., 2012). 한편 aspartic acid는 carboxyl group 뿐만 아니라 amine group도 포함하고 있어 더욱 다양한 분자와도 결합을 만든다. 모발을 이루는 아미노산 중 side chain에 hydroxyl group을 가진 serine, threonine, tyrosine은 aspartic acid의 carboxyl group과 각각 결합하여 공유결합을 형성할 수 있으며, side chain에 carboxyl group을 가진 aspartic acid, glutamic acid은 aspartic acid의 amine group과 각각 결합하여 공유결합을 형성할 수 있다.
Adipic acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구의 경우 1, 10, 20, 30회 세척 시 23.2%, 20.8%, 19.2%, 18%의 웨이브 효율을 보였다(전유희와 강상모, 2019). Tartaric acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구의 경우 1, 10, 2 0, 30회 세척 시 38.0%, 37.6%, 34.8%, 33.2%의 웨이브 효율을 보였다(Park & Kang, 2019). 본 실험에서는 aspartic acid를 0.75%의 농도로 펌 중간처리를 하고 1, 10, 20, 30회 세척 시 42.8%, 40.8%, 36.8%, 33.2%의 웨이브 효율을 보였다. Adipic acid와 aspartic acid의 웨이브 효율을 비교하는 경우 모든 세척에서 aspartic acid가 더 개선된 결과를 보였다. 한편 tartaric acid와 aspartic acid의 웨이브 효율을 비교하는 경우 20회 이하의 세척에서 개선된 결과를 보였으며, 30회 세척에서는 동일한 결과를 보였다. 즉 aspartic acid의 중간 처리는 선행연구에 비해 개선된 결과를 얻을 수 있었다. 즉, hydroxyl group의 웨이브 유지력보다 amino group의 웨이브 유지력이 더 강한 것으로 보인다.

3. 모발의 굵기

보통 한 모공당 모발 개수는 2 -3개로 그 이상의 머리카락은 정상적인 굵기를 유지하지 못하고, 얇은 머리카락으로 나타나는 경우가 많다. 모발이 얇은 머리카락과 굵은 머리카락이 공존하게 된다. 일반적으로 얇은 머리카락의 경우 인장강도가 약하며, 큐티클 층이 얇으며, 모발의 구조를 유지하는 간층물질의 양에 비해 표면적이 넓어 외부 환경에 취약하다. 이러한 이유로 펌제 처리 시 굵은 머리카락에 비해 더 많은 손상을 입게된다. 한편 펌제의 경우 염기성 물질을 첨가하기 때문에 팽윤작용이 일어나며, 머리카락 두께가 증가하게 된다.
펌처리 후 1회 세척한 다음 무작위로 뽑은 15가닥의 펌 모발 긁기는 Table 2, Fig. 3과 같다. 대조군은 0.092±0.009 mm, 실험군은 0.093±0.010 mm로 1.08% 증가된 것으로 측정되었다. 이들의 유의성을 t-test로 확인한 결과 실험군과 대조군은 유의미한 변화가 나타나지 않았다.
Adipic acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구(전유희와 강상모, 2019)와 tartaric acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구(Park & Kang, 2019)에서도 동일한 실험을 실시하였으나 유기산에 의한 모발 굵기의 차이는 관측되지 않았다. 본 실험에서도 aspartic acid 펌 중간처리가 모발의 굵기에 영향을 미치지 못한 것으로 보인다.

4. 인장강도 및 신도

모발에서 인장강도란 모발에 힘을 가하여 당기면 점차로 늘어나 모발은 가늘게 되어 결국 끊긴다. 이때 모발에 가한 힘을 인장강도(kgf)라 한다. 인장강도는 절단 시 하중을 지칭하며, 잡아당길 때 물체가 외력에 의해 파괴되는 순간에 파괴강도를 나타내고, 신도는 모발이 힘을 받아 신장된 길이를 나타낸 것이다(류은주, 2003). 일반적으로 힘을 가하지 않은 모발과 절단 시 모발의 길이의 차이를 측정한다.
Aspartic acid 중간처리를 적용한 후 펌모를 1회 세척한 다음 시료 당 20가닥의 모발을 무작위로 선별하여 인장강도를 측정하였다. 그 결과는 Table 3, Fig. 4와 같다. 대조군은 15.90±0.23 kgf, 실험군은 16.40±0.12 kgf로 실험군의 인장강도가 3.14% 더 높다(p<0.05). 즉 aspartic acid 중간처리를 통하여 인장강도가 개선되었다.
Aspartic acid 중간처리를 적용한 펌모의 신도는 Table 4, Fig. 5와 같다. 대조군은 36.11±2.15 mm, 실험군은 33.76±1.85 mm로 실험군의 신도가 6.50% 감소하였다(p<0.05). 즉 aspartic acid 중간처리는 신도에 영향을 주었다.
모발의 인장강도는 모발 건강도와 밀접한 관련이 있다. 모발의 인장강도는 keratin간의 disulfide bond의 개수와 비례한다. 모발에 산화제는 이러한 disulfide bond를 과산화시켜 sulfonic group을 생성한다. 이러한 이유로 염색, 펌 및 탈색에서 사용되는 산화제는 모발을 과산화시켜 모발을 약화시킨다(Lee & Jang, 2008a; Lee & Jang, 2008b; 노정애 등, 2009).
본 실험에서는 aspartic acid 중간처리를 통해 인장강도가 개선됨을 보였다. 모발의 인장강도는 모발의 이황화결합을 기본으로 한 공유결합과 수소결합을 기본으로 한 비 공유 결합으로 이루어진 가교결합의 영향을 받는다. 펌이나 염색과 같은 화학적 시술은 이들 결합들을 반영구적으로 일부는 영구적으로 파괴하여 모발의 탄력성이 저하된다. 실험군이 대조군에 비해 인장강도가 유의미하게 높은 것으로 나타났으며, 이는 aspartic acid가 만든 결합이 모발 섬유간의 결합을 증가시키는 것을 의미한다. 동시에 aspartic acid의 수용액은 산성으로, 단백질을 응축시켜 모발의 인장강도를 증가시킬 수 있다. 그 예로 산성수를 통해 팽윤 및 연화되어 인장강도가 낮아졌던 모표피를 수축시켜 인장강도가 증가하였다는 보고가 있다(Kim et al., 2013).
손상도가 낮을 경우 손상도에 비례하여 신도가 증가하다가, 손상도가 일정 수치 이상으로 증가하게 되면 다시 감소하는 양상을 보인다(Choi, 2013). 즉, 신도의 경우 모발 손상도와 완벽하게 비례하지 않으며, 다른 실험 조건과 종합적인 해석이 필요하다.
Adipic acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구(전유희와 강상모, 2019)와 tartaric acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구(Park & Kang, 2019)에서도 신도 측정을 실시하였으나, adipic acid 처리시 신도는 3% 감소하였으며, tartaric acid 처리시 신도는 3% 증가하였다. 본 실험에서는 실험군의 신도가 6.5% 감소하였다. 자연모는 손상도가 낮아 신도와 손상도가 비례하기 때문에(Choi, 2013) aspartic acid 중간처리를 통해 모발의 손상을 막은 것으로 보인다.

5. Methylene blue 염색법을 이용한 손상도 측정

Aspartic acid 중간처리를 적용한 후 펌모를 1회 세척한 다음 시료 당 10가닥의 모발을 1.5 cm 길이로 잘라 2% methylene blue 용액에 담근 후 1시간 동안 모발을 염색시켰다. Methylene blue 염색법을 이용한 모발의 손상도를 측정한 결과는 Table 5, Fig. 6과 같다. 660 nm 파장의 빛에서 대조군의 흡광도는 0.116±0.012, 실험군의 흡광도는 0.038±0.011로 실험군이 대조군보다 67.24% 감소하였다(p<0.01). 즉 aspartic acid 중간처리를 통해 펌제로 인한 공극의 생성을 억제시킬 수 있었다.
모발의 손상될수록 간층물질의 유출에 의해 모발 내부의 공극이 증가하며, methylene blue 염색 후 추출되는 색소량의 증가도 증가되고, 흡광도도 높아진다(신지은, 2013). 자연모에 펌처리를 하는 경우 수돗물 중간세척이 공극을 증가시키는데(Lee & Kang, 2012), 이는 환원제에 의해 cuticle이 열린 상태에서 세척을 실시하여 모발 내부 물질이 부분적으로 추출되어 생기는 것이다. 모발 내부의 공극이 많을수록 외부물질의 유입이 쉽고, 다공화된 모발을 시술 시, 자연모에 비해 20배 많은 성분을 흡수한다(Hill et al., 2014). 즉 펌처리에서 사용되는 산화제와 환원제가 잔류하기 쉽게 하며, 이는 모발 손상을 증가시킨다.
본 실험에서는 aspartic acid가 생성한 ester결합이 케라틴간의 결합을 증가시켜 외부로 간층물질이 유출되는 경로를 막고, 내부의 공극을 줄이는 동시에 aspartic acid에 의한 pH 변화로 단백질이 응축되며, 이 역시 모발 내부의 공극을 줄여 methylene blue의 잔존량이 적어 흡광도가 낮게 나온 것으로 보인다. 또한 aspartic acid의 수용액은 산성이므로 단백질을 응축시켜, 모발의 cuticle을 닫아 산화제가 과도하게 유입되는 것을 막은 것으로 보인다.
Adipic acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구의 경우 대조군에 비해 실험군의 57.44%의 다공도 감소를 보였다(전유희와 강상모, 2019). 한편 tartaric acid 펌 중간처리를 적용한 선행연구의 경우 대조군에 비해 실험군의 62.50%의 다공도 감소를 보였다(Park & Kang, 2019). 본 실험에서 사용한 aspartic acid 중간처리를 적용한 퍼머모는 대조군에 비해 67.24%의 다공도 감소를 보여, aspartic acid를 이용한 실험에서 다공도 감소는 adipic acid과 tartaric acid에 비해 각각 9.80%p, 4.74%p 개선된 결과를 보였다.

6. 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM)을 이용한 모발의 표면 관찰

Aspartic acid 중간처리를 적용한 후 펌모를 1회 세척한 다음 모발 시료를 1.5 cm 길이로 잘라 전계방사형 주사전자현미경(field emission scanning eletron microscope, FE-SEM)으로 대조군과 실험군의 모발의 표면을 촬영한 결과는 Fig. 7과 같다. 표면을 관찰한 결과, 대조군에서 cuticle 사이의 벌어짐, cuticle 파절, cuticle 조각화 등 손상모에서 나타나는 특징을 보여주고 있었으며, 실험군에서는 대조군에 비해 손상모의 특징이 나타나지 않았다.
펌 모발은 알카리제에 의해 cuticle layer의 팽윤이 일어나기 때문에, 펌 모발 표면의 큐티클세포들은 말단부위가 뾰족하거나 각이진 상태로 매우 불규칙하게 손상되어 있었다(Kim et al., 2009). 일반적인 펌제의 구성에서 1제는 모발을 팽윤, 연화시키기 위해 높은 pH로 제작되며, 이러한 화학적 처리는 모발의 웨이브를 형성할 수 있도록 하는 동시에 직접적으로 모발을 손상시키며, 모발 보호 역할을 하는 큐티클을 제거하여 중장기적 손상을 유발한다.
펌 모발은 알카리제에 의해 큐티클층의 팽윤이 일어나기 때문에, 펌 모발 표면의 큐티클세포들은 말단부위가 뾰족하거나 각이진 상태로 매우 불규칙하게손상되어있었다(Bae, 2005).
본 실험에서는 대조군에서는 cuticle의 벌어짐, cuticle 파절, cuticle 조각화를 확인할 수 있다. 실험군에서는 건강한 모발의 특징인 cuticle의 밀착, cuticle의 규칙적 배치 등이 관찰되어. 펌 시술 시 aspartic acid 중간처리가 cuticle의 손상을 막는데 효과가 있음을 확인할 수 있다.

IV. 결 론

Aspartic acid는 C4H8O3N2 화학식을 갖는 유기화합물이며, 유기산인 동시에 아미노산인 특징을 가지고 있다. 대부분의 선행 연구는 carboxylic group에 의한 결합을 다루고 있으며, 본 논문에서는 amino group이 펌 효율에서 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위하여 실험을 진행하였다. Aspartic acid에 포함되어있는 carboxylic group와 amino group는 다양한 amino acid에 반응이 가능하며, 물에 녹아 산성을 나타내기 때문에 모발에 잔류되어 있는 알칼리 성분을 제거하여 팽윤된 모발의 손상을 완화시킬 것이다.
본 논문에서는 aspartic acid가 펌처리 시 1제에 의해서 벌어진 모발 내부에 침투하여 모발 내부의 공간을 줄일 것으로 추정하였고, 모발의 웨이브 형성력과 지속력, 굵기, 인장강도 및 신도, 손상도, 표면 관찰을 통해, aspartic acid 중간처리를 적용한 펌 시술이 모발 손상을 얼마나 방지 하는지 살펴보았다.
자연모의 aspartic acid 중간처리를 적용한 펌 웨이브 모양, 효율, 지속력, 인장강도, 신도, 모발 손상도를 분석한 결과는 다음과 같다.
첫째, aspartic acid 용액을 각 농도별로 중간처리에 사용한 결과 0.75%의 농도에서 가장 웨이브가 좋게 나타났다.
둘째, 자연모의 aspartic acid 0.75% 중간처리를 적용한 펌 모발의 웨이브 효율은 1, 10, 2 0, 30회 세척 시, 대조군은 각각 38.8%, 35.2%, 30.0%, 28.4%, 실험군은 42.8%, 40.8%, 36.8%, 33.2%이다. 모든 세척 횟수에서 실험군의 웨이브 효율이 대조군의 웨이브 효율에 비해 뛰어났다. 즉, aspartic acid 0.75% 중간처리를 적용한 펌 모발의 웨이브 효율 및 유지력이 대조군에 비해 뛰어났다.
셋째, 자연모의 aspartic acid 펌 중간처리 시 모발의 굵기는 대조군은 0.092±0.009 mm, 실험군은 0.093±0.010 mm로 유의미한 차이가 없었다.
넷째, 자연모의 aspartic acid 펌 중간처리 시 모발의 인장강도는 대조군은 15.90±0.23 kaf, 실험군은 16.40±0.12 kaf로 3.14%증가하였다(p<0.05).
다섯째, 자연모의 aspartic acid 펌 중간처리 시 모발의 신도는 대조군은 36.11±2.15 mm, 실험군은 33.76±1.85 mm로 6.50% 짧았다(p<0.05).
여섯째, 자연모의 aspartic acid 펌 중간처리 시 모발의 손상도를 660 nm의 빛으로 측정하였을 때 대조군의 흡광도는 0.116±0.012, 실험군의 흡광도는 0.038±0.011로, 실험군의 손상도가 67.24% 낮았다(p<0.01).
일곱째, 자연모의 aspartic acid 펌 중간처리 시 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM) 촬영에서 대조군보다 실험군의 큐티클이 덜 손상되었다.
전유희 & 강상모(2019)의 연구에서 adipic acid의 경우 대조군과 최적 농도인 adipic acid 1.0% 처리 시 웨이브 효율이 5.2% 개선되었으나, aspartic acid의 경우 대조군과 최적 농도인 aspartic acid 0.75% 처리 시 웨이브 효율이 8.8% 개선되어, aspartic acid 처리가 1.69배 더 높은 웨이브 효율 개선을 보였다. 그리고 adipic acid 처리 시 60.47% 손상도를 낮추었으나, aspartic acid 처리 67.24% 손상도를 낮추어 1.11배 더 높은 모발보호능을 보였다.
따라서 펌처리 시 0.75% aspartic acid 용액으로 중간처리를 한 모발이 웨이브의 형성력과 지속력이 높은 것으로 나타났고, 모발손상도 낮은 것으로 나타났다. 이는 중간처리제로서 처리한 aspartic acid가 모발 내에서 모발과 공유결합 및 비공유결합을 하여 외부 환경에 의한 방해요소를 극복하고 웨이브가 잘 유지될 수 있었던 것으로 보인다. 이 연구를 바탕으로 염색, 탈색 등 모발에 가해지는 화학적 시술에 aspartic acid 용액을 사용하여 모발에 어떤 영향을 주는지 추가 연구의 필요성을 느끼며, 그 결과를 바탕으로 미용 현장에서 사용되는 화학처리의 과학적 체계화에 기여하고자 한다.

Fig. 1.
Shape and waving efficiency of virgin hair permed by intermediate treatment using aspartic acid in each concentration.
JKSC-2021-27-2-314f1.jpg
Fig. 2.
Perm hair length with shampoo number of times.
JKSC-2021-27-2-314f2.jpg
Fig. 3.
Thickness of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment.
JKSC-2021-27-2-314f3.jpg
Fig. 4.
Tensile strength of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment. *p<0.05
JKSC-2021-27-2-314f4.jpg
Fig. 5.
Tensile elongation of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment. *p<0.05
JKSC-2021-27-2-314f5.jpg
Fig. 6.
Hair porosity of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment. **p<0.01
JKSC-2021-27-2-314f6.jpg
Fig. 7.
FE-SEM images of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment.
JKSC-2021-27-2-314f7.jpg
Table 1.
Wave duration and efficiency in hair shampoo of permed virgin hair treated intermediate aspartic acid
Shampoo number 1
10
20
30
Cont. Exp. Cont. Exp. Cont. Exp. Cont. Exp.
Hair length (cm) 15.3 14.3 16.2 14.8 17.5 15.8 17.9 16.7
Waving efficiency (%) 38.8 42.8 35.2 40.8 30.0 36.8 28.4 33.2
Table 2.
Thickness of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment
Group Thickness (mm) T value p
Cont. 0.092±0.009 0.13 0.906
Exp. 0.093±0.010
Table 3.
Tensile strength of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment
Group Tensile strength (kgf) T value p
Cont. 15.90±0.23 3.34 0.044*
Exp. 16.40±0.12

* p<0.05

Table 4.
Tensile elongation of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment
Group Elongation (mm) T value p
Cont. 37.11±2.15 4.06 0.027*
Exp. 33.76±0.85

* p<0.05

Table 5.
Hair porosity of permed virgin hair with aspartic acid intermediate treatment
Group Absorbance (660 nm) T value p
Cont. 0.116±0.012 8.30 0.004**
Exp. 0.038±0.011

** p<0.01

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