同样是“海绵”，为啥粉扑这么柔软？

孟性刻

本文作者:孙亚飞
6 P- t4 o. u& P, Q- e/ V1 m                    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。
# y2 S( v3 T- Y0 `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。

同样是“海绵”，为啥粉扑这么柔软？

图片来源：123rf.com.cn正版图片库
$ Q. n" n$ X/ ^- V  t8 X8 n8 Z# Q4 t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。
0 S) ?0 Q$ w2 s8 d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“海绵”，为啥粉扑这么柔软？

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
% u; [5 d8 r, N0 u$ F# r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。
' ^' p4 |- @; a) b  \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。
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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。
3 v7 N/ d2 K: }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]。
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天然橡胶粉扑造成的皮肤过敏。图片来自：参考文献1
% O0 u+ ?+ G" {" D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。

同样是“海绵”，为啥粉扑这么柔软？

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）。
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同样是“海绵”，为啥粉扑这么柔软？

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。

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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。
; L1 S" D% m! X5 f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。
/ g$ y: }) G0 Y8 n) N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。
% S4 z! V, U+ S% m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。
. ^# T) J( ~( W; H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.
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