고데기 등 고온의 기구에 의해 머리카락이 탔을 때 발생하는 변화가 어떻게 되나요?

Question

고데기 등 고온의 기구에 의해 머리카락이 탔을 때 발생하는 변화가 어떻게 되나요? 케라틴 단백질 내 수소 결합과 공유 결합이 파괴되고 탄소화(Carbonization)가 진행되어 구조적 유연성을 잃는 과정은 어떻게 되는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

모발이 고데기와 같은 고온의 기구에 노출되어 손상되는 과정은 단순히 겉면이 마르는 것을 넘어 내부의 화학적 결합이 해체되고 재구성되는 복잡한 변화를 수반합니다.

먼저 약 100도에서 150도 사이의 열이 가해지면 모발 내부의 수분이 급격히 증발하면서 가장 약한 결합인 수소 결합이 먼저 끊어집니다. 수소 결합은 모발의 유연성과 일시적인 모양 형성을 담당하는데 이 결합이 파괴되면 모발은 탄력을 잃고 푸석해지기 시작합니다. 이때 수분이 기화하며 발생하는 압력으로 인해 모발 표면의 큐티클이 들뜨거나 손상을 입게 됩니다.

온도가 더 높아져 150도에서 200도 이상에 도달하면 모발의 주성분인 케라틴 단백질의 견고한 공유 결합, 특히 이황화 결합과 펩타이드 결합이 직접적인 타격을 받습니다. 공유 결합은 모발의 물리적 강도와 구조를 유지하는 핵심축입니다. 이 강한 결합들이 열에너지를 견디지 못하고 파괴되면 단백질 사슬이 끊어지고 변성되어 모발은 더 이상 원래의 형태로 돌아갈 수 없는 비가역적인 상태에 이르게 됩니다.

마지막 단계인 탄소화는 열분해 과정의 정점입니다. 단백질을 구성하는 유기 화합물에서 수소와 산소가 가스 형태로 빠져나가고 탄소 성분만 농축되면서 모발의 색이 검게 변하거나 갈색으로 타버리게 됩니다. 이 과정에서 모발 내부의 섬유 구조는 완전히 붕괴되어 유리처럼 깨지기 쉬운 취성을 갖게 되며 결과적으로 우리가 흔히 말하는 탄 머리의 특징인 뻣뻣하고 잘 끊어지는 구조적 유연성 상실 상태가 됩니다.

Answer 2

안녕하세요.

고데기와 같은 고온 기구에 의해 머리카락이 타는 과정은 모발을 구성하는 케라틴 단백질의 결합 구조가 단계적으로 붕괴되는 물리화학적 변화입니다. 먼저 비교적 낮은 온도 영역에서는 모발 내부에 포함된 수분이 빠르게 증발하면서 케라틴 사슬 사이를 느슨하게 잡아주던 수소 결합이 끊어지는데요, 이 수소 결합은 원래 열과 수분에 의해 쉽게 재형성될 수 있는 가역적인 결합이기 때문에, 일시적으로 머리 모양이 바뀌는 수준에 그칠 수 있습니다. 그러나 열이 더 강하거나 오랜 시간 가해지면 단순한 재배열이 아니라 결합 자체가 불안정해지고, 구조적 손상이 누적되기 시작합니다.

온도가 더 상승하면 케라틴의 3차 구조를 유지하는 데 핵심적인 역할을 하는 이황화 결합과 같은 공유 결합까지 영향을 받게 됩니다. 이황화 결합은 시스테인 아미노산 사이를 연결하는 비교적 강한 결합으로, 모발의 탄성과 강도를 결정지으며 고온에서는 이 결합이 끊어지거나 비정상적으로 재배열되면서 단백질 변성이 일어납니다. 이 단계에 이르면 케라틴의 정교한 섬유 구조가 무너지고, 큐티클 층이 들뜨거나 갈라지며, 모발은 점점 탄성을 잃고 쉽게 끊어지는 상태로 변합니다. 더 높은 온도에서 케라틴은 더 이상 단백질로서의 구조를 유지하지 못하고 열분해 과정을 거치는데요, 이 과정에서는 아미노산 사슬이 분해되면서 황을 포함한 휘발성 물질들이 방출되어 특유의 탄 냄새가 발생하고, 남은 유기 골격은 점차 탈수되고 재배열되면서 탄소 중심의 구조로 바뀌게 됩니다. 감사합니다.