实验简介：
表面活性剂是物理化学理论课中非常重要的一章，同时也是江南大学轻工特色的重要基础。本实验以染发剂的配方为载体，帮助学生掌握表面活性剂的基本概念和基本性能，了解表面活性剂在配方中应用工艺，使学生更好掌握表面化学这一章的内容。借助染发剂这一和日常相关性很强的载体，可以激发学生的学习兴趣。烫发作为社会流行的行为，虚拟仿真实验的建成，不仅可以服务于教学，还可以服务于社会。化妆品作为江南大学化工学院的特色专业，在全国排名领先，具有很好的科研和教学基础，让大众了解染发剂的基本知识和染发原理，有利于人民群众的健康，具有服务社会反馈社会的积极意义。
实验背景：
1、温敏性烫发剂的制备，标志着烫发剂的变革，有利于大众健康。
现在生活中很多人喜欢烫头发，因为烫发可以增加优雅和美丽。现在的发型无论是长发还是短发，都会烫个微卷或者电卷棒做个自然的卷发造型，这种卷发的风潮已经成为流行的趋势。染烫发行业近几年保持每年6%的复合增长率，随着居民消费观念的转变和消费需求的提升，我国染烫行业未来会向高品质、高质量的方向发展。烫发药水易破坏头皮表面，导致炎症反应，诱发脂溢性皮炎等疾病，表现为头皮屑多、痒等。有些人在使用烫发药水后会诱发急慢性过敏，表现为局部红肿痒、渗出等。
2、表面活性剂在烫发剂制备中的应用。
表面活性剂是物理化学理论课中非常重要的一章，同时也是江南大学轻工特色的重要基础。本实验以染发剂的配方为载体，帮助学生掌握表面活性剂的基本概念和基本性能，了解表面活性剂在配方中应用工艺，使学生更好掌握表面化学这一章的内容。 当配方中需要不溶于水的物质时，通常需要加入表面活性剂使体系混合均匀。烫发剂中含有烫发成分和硅油等头发保护物质，表面活性剂的选择起关键作用。
表面活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡。亲水亲油平衡值（Hyd rophile-Lipophile Balance），简称HLB值，表示表面活性剂的亲水疏水性能，如石蜡HLB值=0（无亲水基）聚乙二醇HLB值=20（完全亲水）。对阴离子表面活性剂，可通过乳化标准油来确定HLB值。HLB值可作为选用表面活性剂的参考依据。同时乳化剂的憎水基团与被乳化对象结构相似或乳化剂在被乳化物中易溶时，乳化效果一般较好。当乳化剂的憎水基团与被乳化物亲合力较强时，不但乳化效果好，而且乳化剂用量也减少。
制备乳化体系时，可以采用转相乳化法，先将加有乳化剂的油类加热成液体，然后边搅拌边加入温水，开始时加入的水以微滴分散于油中，呈W/O型乳状液，再继续加入水，随水量的增加乳状液逐渐变稠，至最后粘度急剧下降，转相为O/W型乳状液。也可以采用自然乳化法，易于流动的油状物如矿物油，常用自然乳化法，即将乳化剂先溶于矿物油中，然后投入大量水中。油滴在水中逐渐缓慢下沉，表面不断被乳化，同时不断分裂成若干细小油滴，并进一步被乳化，直至最后形成乳状液。
3、海底观测网组网观测现场实验无法开展，传统教学方式难以理解，急需应用虚拟仿真方法进行实验教学。
烫发剂的制备过程中，烫发剂的主要成分巯基乙酸有毒，有强烈刺激性气味，在空气中迅速氧化，遇明火、高热能燃烧并放出有剧毒的硫化氢气体，是二级有机酸性腐蚀物品的危险性。在工厂模拟生产，具有环评和安评困难。
头发在整个烫发过程中，需要经过一下步骤。第一，毛鳞片的打开与闭合。因为现有的技术难以观测毛鳞片的打开情况，需要动画模拟展示。第二，二硫键的断开与链接，现有的技术难以观测直接观测二硫键的断开，需要动画模拟展示。
烫发过程如果控制不好，会严重损伤头皮和头发，而且时不可逆过程，所以不适合大规模进行线下实验，需要建成虚拟仿真实验。
烫发作为社会流行的行为，虚拟仿真实验的建成，不仅可以服务于教学，还可以服务于社会。化妆品作为江南大学化工学院的特色专业，在全国排名领先，具有很好的科研和教学基础，让大众了解染发剂的基本知识和染发原理，有利于人民群众的健康，具有服务社会反馈社会的积极意义。
设计原则：
为形象生动地传授温敏性烫发剂制备的新知识，本项目团队遵循“学生为本-循序渐进-容错优化-科教融合”的设计原则，自主开发了智能温敏性烫发剂制备和烫发工艺虚拟仿真实验。
（1）坚持以学生为本、自主学习探究的教学理念。
坚持以学生为中心，以任务驱动为导向，科学合理地设置实验教学环节。实验基于三维虚拟仿真技术，真实还原了智能温敏性烫发剂的制备过程实验场景和头发在烫发过程的微观变化，并提供了内容详实的知识点和知识角，引导学生围绕任务开展自主式的学习和探究，身临其境地通过“沉浸式”交互式操作，高效有序地开展实验。
（2）设置科学合理、循序渐进的实验环节。
实验依据《物理化学》和《化妆品学》课程大纲和关键知识点建立了多层次、多模块的实验教学体系，使学生逐步完成“基础认知、分析设计、应用探索”三个层面的实验，循序渐进地开展“基本原理知识学习、设计分析能力训练、创新工程思维培养”的实践学习过程，充分掌握烫发剂的基本组成和制备原理以及烫发过程的头发围观结构变化，初步构建烫发剂制备和烫发的基础知识体系。
（3）实现容错探究、修正优化的实践操作。
实验结果错误或不理想时，学生可根据提示和评估结果进行多次尝试，实现实验结果的修正和优化，从而使学生充分感受到探索、解决问题的乐趣，提升求知欲和探索能力，培养学生建立理论设计、仿真验证、反复优化的工程设计思维，以及设计计算、实践操作和工程应用的能力。
（4）坚持科教融合、立德树人的教育理念。
关注人民群众健康，是化妆品工作者应有的责任。
实验目标：
本实验坚持以学生为中心、以立德树人为根本的教学理念，通过虚拟仿真所营造的情景体验式的教学环境，使学生循序渐进地开展“基本原理知识学习、分析设计基础构筑、创新思维能力提升”的学习实践过程，完成“基础认知、分析设计、应用探索”三个层次的训练，实现以下具体教学目标：
1、在烫发剂制备环节：帮助学生认知烫发剂的组成，温敏性物质的性质，表面活性剂的性质及功能，使学生掌握烫发剂组成和温敏性物质和表面活性剂的知识。
2、在烫发工艺环节：帮助学生烫发过程头发结构的变化，了解pH值，碱的种类，烫发时间等因素对头发结构的影响，锻炼学生应用理论知识解决实际工程问题的能力，提升创新思维能力。
3、在头发检测环节：通过拉曼光谱仪、摩擦力仪、色度仪、强度剂评价头发结构和性质的变化。
4、通过健康型烫发剂的制备，培养学生将所学知识服务社会，造福群众的意识，将思政教育潜移默化地融入到实验教学过程，激发学生的专业认同感以及服务社会的情怀和使命感。
实验要求：
（1）专业与年级要求
本实验属于江南大学化工学院2年级专业基础课《物理化学》，4年级专业课《化妆品学》课程的授课内容。
鉴于本实验课程中“表面活性剂基本知识、烫发剂组成及制备、烫发工艺及头发结构表征”四个环节的实验内容具有相对独立性，全校其它专业的学生也可根据专业需求和个人能力选择不同的实验环节进行选修。
（2） 基本知识和能力要求
具备一定的物理化学知识，具有自主学习能力和一定的自主探索能力，能够在基础认知、分析设计、应用探索三个层次的实验中总结分析特定实验结果背后的原因，将专业理论知识活学活用。
（3）实验注意事项
本实验为综合设计型课程实验，具有较强的高阶性、创新性和挑战度。为确保教学质量，提出以下实验注意事项。
①实验前，学生应认真阅读实验指导书，在教师指导下明确实验目的及各环节的知识点和重难点，奠定实验理论基础；
②请选择符合“实验教学相关网络”条件要求的软硬件实验环境开展实验，以保证实验操作的流畅性。
③实验过程中，请仔细阅读各环节任务要求，并根据步骤引导开展实验。当实验结果不理想时，请根据系统提示认真修改；同时，还可通过微信群、论坛、服务热线等方式寻求在线指导。
④请充分利用知识角，通过知识点课件库开展拓展阅读，扩充自己的专业知识。
⑤完成实验后，请务必点击“完成并提交”以生成实验报告，并在关闭实验界面前，点击界面右下角的“实验报告”链接进入课程平台查看，并结合实验报告认真回顾实验过程，针对不足查找原因，并积极开展互动交流，以进一步巩固理论知识、提升创新思维能力。
