头发的基本成分是蛋白质，而蛋白质是由氨基酸构成的。确切地说，许多个氨基酸形成多肽链，再由多肽链构成了蛋白质。头发的多肽链主要是以螺旋形式存在，分子中的羟基、羧基(—COOH)等亲水基团多数分布在螺旋的周围，带正电的氨基和带负电的羧基之间以离子键结合。与普通蛋白质不同的是，头发蛋白质结构中还含有许多二硫键（—S—S—）。肽链之间通过这些键交联在一起，形成网状结构，使得头发不仅具有弹性，还具有较高的强度。据测定，一根头发能负重100多克而不断裂，就是其中二硫键的功劳。
把头发烫卷和拉直，其实就是利用机械能、热能、化学能，使头发蛋白质的结构发生变化。
现代烫发的发明者是美国人内斯勒。1906年，内斯勒在多年试验的基础上，在伦敦首次公开展示了他的'烫发方法：将头发紧紧地以螺旋式缠绕在烫发芯上，再用机器进行较长时间的加热，使头发变得卷曲并能保持一段时间。
这种高温烫发的方法叫热烫，原理是在碱性加热的条件下打开头发蛋白质结构中的二硫键。由于对头发损伤较大，烫发过程中的体验也不太好，所以热烫的方法现已不太使用。目前广泛使用的烫发方法是冷烫。冷烫又叫化学烫，它是依靠化学试剂的“力量”在常温下打开二硫键来完成烫发过程的。
冷烫主要包括三个过程。首先是对头发的软化。头发的形状是由多肽链间的氢键、离子键和二硫键决定的。当这三种化学键发生改变时，头发就会变软，容易拉直或弯曲。通常使用水、碱和还原剂来完成这一步。水可以与羟基、羧基等亲水基团形成氢键，从而切断头发中原有的氢键。所以湿的头发会变柔软、服帖。碱对头发的作用比较强烈，它能切断头发中的离子键，使头发变得更柔软。
常用的还原剂还包括巯基醋酸盐及酯类等，作用是使头发中的二硫键发生断裂。头发中的氢键、离子键、二硫键断裂后，失去交联作用的头发变得非常柔软，这时就可以进行第二步了。利用卷发工具把已软化的头发变卷曲或用直发器拉直，把头发做成需要的发型后，最后还要再“固定”下来。所谓“固定”，其实就是修复被破坏的化学键。把头发吹干，可以复原氢键。将原来的碱中和，把pH值调整为4～7之间，可以复原离子键。用“固定液”，如过氧化氢、溴酸钾、过硫酸钾等氧化剂，可以重建二硫键。
就是在头发中蛋白质的氢键、离子键和二硫键断裂与“异地”重建的过程中，头发改变了原来的面貌。
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