Способ стабилизации пигментов в цветных фотосшиваемых гель-лаках
METHOD OF STABILIZING PIGMENTS IN COLORED PHOTO-CROSSLINKABLE GEL POLISH

Изобретение относится к технологии изготовления гелевых композиций для наращивания ногтей для защитных и декоративных целей.
Гель-лак (шеллак) — это гибрид лака для ногтей и специального моделирующего геля, обладающего высокой прочностью, он легко наносится и быстро полимеризуется под УФ-лампой.Для создания широкой линейки декоративных гель-лаков бесцветную основу смешивают с различными красящими добавками, пигментами, пигментными пастами, блестками и т. п.
В области лаков для ногтей известны косметические композиции, которые используются для нанесения покрывающего слоя на ноготь, а затем указанный слой  подвергают воздействию светового излучения, вызывая реакции полимеризации  и/или образования поперечных связей в указанном слое, что обычно приводит к формированию сшитых полимерных сеток. Такие фотосшиваемые композиции на основе сшиваемых (мет)акрилатных  соединений, являются подходящими для получения удовлетворительной стабильности покрывающего слоя, наносимого на ноготь.
Наиболее близким по технической сутисреди известных способов является способ изготовления гель-лака для ногтей по заявке на выдачу патента на изобретение RU № 2016134990 «ГЕЛЬ-ЛАК ДЛЯ НОГТЕЙ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ», где заявитель ЧЖЭНЬ Лицзюань (US) предложил способ изготовления гель-лака для ногтей (см. п.7 формулы изобретения), включающий стадии:
- растворения алифатического уретанакрилата и полимерного акрилатного олигомера в мономерном разбавителе путем нагревания и перемешивания их с образованием первой смеси;
- смешивания и перемешивания фотоинициатора вместе с первой смесью с образованием второй смеси;
– добавления и смешивания красящего средства со второй смесью с образованием готового продукта в виде гель-лака для ногтей.
Однако, описанный способ изготовления гель-лака для ногтей по заявке №2016134990 не позволяет получить гель-лак, стабильный при хранении, то есть  гель-лак, изготовленный таким способом, будет иметь нарушение стабильности цвета в процессе хранения, в то время как сохранение цвета без расслоения для декоративного гель-лака, является важнейшей характеристикой. Кроме того, в описанном способе изготовления получение гель-лака представлено смешением готовых полимеров, разбавителей, поэтому свойства получаемого продукта могут отличаться в зависимости от закупаемой партии олигомеров.
Для стабилизации пигментных паст обычно применяются специальные добавки: диспергаторы, смачиватели, антиседиментационные модификаторы.
Заявленный способ позволяет получить качественный цветной гель-лак, не прибегая к внесению сторонних модификаторов, что важно, поскольку некоторые вносимые добавки стабилизируют пигмент за счет изменения поверхностного натяжения и вязкости, что оказывает негативное влияние на физические свойства готового продукта, что в дальнейшем усложняет процесс нанесения гель-лаков на ногтевую пластину.
Техническая проблема заключается в разработке способа получения  качественного гель-лака без применения специальных добавок, то есть гель-лака, обладающего высокой стабильностью при хранении без расслоения на основу и пигмент.
Технический результат заключается в увеличения срока хранения гель-лака без расслоения на основу и пигмент, то есть улучшение потребительских свойств.
Причиной расслоения гель-лака являются микропузырьки воздуха, присутствующие в вязкой среде гель-лака, которые в процессе хранения выходят на поверхность, увлекая за собой прозрачную основу гель-лака, что ведет к расслоению на основу и пигмент, то есть к нарушению стабильности цвета и вязкости готового продукта. Установлено, что нарушение стабильности цветного гель-лака обычно происходит уже после 1-3 недель хранения.
Для увеличения срока хранения гель-лака без расслоения необходимо до фасовки готового продукта сократить количество находящегося в в объеме гель-лака  диспергированного воздуха, то есть провести его деаэрацию, которую проводят в вакуумной камере.
В заявленном способе для более эффективного снижения концентрации пузырьков диспергированного воздуха вакуумная камера (с учетом специфики обрабатываемого продукта) была дополнена тихоходной мешалкой, применение которой совместно с процессом вакуумирования позволило успешно провести деаэрирование смеси практически до полного удаления пузырьков воздуха, причем без образования пены, поскольку непрерывное перемешивание на малых скоростях способствует схлопыванию концентрирующихся на поверхности пузырьков воздуха в процессе деаэрации и препятствует созданию условий для расслоения гель-лака.
При непрерывном перемешивании смеси в вакуумной камере на малых скоростях микропузырьки воздуха, присутствующиеся в вязкой среде, постепенно уходят из ее объема до полного удаления. Таким образом, оснащение вакуумной камеры тихоходной мешалкой позволило получить качественный гель-лак с увеличенным сроком хранения, то есть улучшить потребительские свойства продукта.
При деаэрации цветного гель-лака без применения тихоходной мешалки на поверхности концентрируется значительный слой пены, так как субстанция гель-лака вязкая, а для схлопывания пузырьков воздуха необходимо дополнительное внешнее воздействие.
Автором изобретения были подобраны такие параметры способа, которые позволили получить стабильный цветной гель-лак.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что способ изготовления гель-лака включает первичное смешивание компонентов в диссольвере на скорости 1000-5000 об/мин в течение не менее 30 минут при поддержании температуры смеси на уровне до +55ºс, при этом массовое соотношение полиуретановой композиции и цветного колоранта составляет величину 100:5-50 (соотношение бесцветной основы и пигментных паст в колоранте — 100:50-200 мас.%), а дальнейшее перемешивание смеси ведут в вакуумной камере с давлением – 0,05 ÷ -0,5 Мпа в течение не менее 30 минут с использованием тихоходной мешалки, вращающейся со скоростью 40-80 об/мин .
Данный процесс позволяет стабилизировать цветную композицию и предотвратить ее расслоение.
Причинно-следственные связи между отличительными признаками изобретения и решаемой технической задачей поясняются следующим образом.
Колеровка – это процесс внесения красящих веществ в бесцветную основу для придания ей нужного оттенка. В бесцветной основе изначально присутствуют микропузырьки воздуха, поскольку синтез ведется при непрерывном механическим воздействии - перемешивании, в процессе которого воздух вовлекается в продукт. Далее в процессе колеровки в гель-лак также попадает воздух, повышая концентрацию микропузырьков, малозаметных невооруженным глазом, но наличие которых является основным фактором, нарушающим стабильность продукта.
В процессе колеровки смесь нагревается из-за высокой скорости взаимного трения молекул, что создается большой скоростью вращения фрезы диссольвера, приводящей в движение общий объем смеси, и происходит неконтролируемый нагрев смеси. Для предотвращения термической деструкции акрил полиуретановой композиции требуется обеспечить контроль и стабилизацию температуры, что достигается охлаждением — подачей теплоносителя через змеевик или рубашку охлаждения емкости диссольвера. Поэтому в предлагаемом изобретении при гомогенизации гель-лака и пигментов предусмотрено поддержание температуры на уровне до +55ºс.
Вязкость деаэрированного гель-лака, полученного заявленным способом, и гель-лака, содержащего в своем объеме микропузырьки воздуха, имеют различную вязкость, что влияет на качество нанесения покрытия на ногтевую пластину. Изготовленная заявленным способом деаэрированная цветная акрил полиуретановая композиция имеет вязкость 10980-11025 мПа*с, а гель-лак, имеющий воздух в объеме — 11570-12990 мПа*с. Технология нанесения на ногтевую пластину гель-лаков с более высокой вязкостью является более сложной и требует от мастера, осуществляющего нанесение, дополнительных навыков.
Присутствие микропузырьков воздуха в готовом гель-лаке негативно влияет и на качество покрытия, поскольку в процессе полимеризации под УФ-лампой происходит движение воздуха к поверхности с одновременным отверждением композиции, в результате чего образуются неровности (так называемые «кратеры» и дефекты, вызванные «закипанием» композиции).
Применяя заявленный способ стабилизации пигментов в цветных фотосшиваемых гель-лаках,  получаем гель-лак со стабильными показателями на протяжении длительного срока хранения.
Техническая сущность заявленного способа поясняется примерами конкретного выполнения.
Примеры конкретного выполнения заявленного способа
Сначала в высокоскоростной диссольвер с дискофрезерной мешалкой загружали (при высоте заполнения, составляющей 2 диаметра фрезы) готовую бесцветную акрил полиуретановую композицию, сырьевой состав которой приведен  в таблице №1, и при непрерывном перемешивании вводили цветной колорант, причем в качестве пигментных паст (см. таблицу №2) были использованы пигментные пасты группы компаний “Воздух” (Pbk-11) и компании “Arichemie” (R-30011-1, G-30016-1, O-30017-1, R-30014-1) .
Массовое соотношение бесцветной акрил полиуретановой композиции и цветного колоранта при этом составляло величину 10:1 мас.%, далее смесь перемешивали в диссольвере при скорости 2000 об/мин в течение 30 минут.
В описанных примерах цветной колорант составлял 10% по массе от общего количества колеруемой композиции. Колорант — это смесь бесцветной основы и предварительно распределенных и смоченных в ней пигментных паст в соотношении 100:80-100. Таким образом, общее количество пигментных паст составляло 3,7 - 4,5 % по массе от общего количества смеси.
Таблица № 1
№ п/п
Сырьевой состав  бесцветной акрил полиуретановой композиции
Содержание, мас.%
1
Ароматический изоцианат
10-60
2
Эфир метакриловой кислоты
5-40
3
Металлорганический катализатор
0-5
4
Многоосновный спирт
5-40
5
Ароматический спирт
5-40
6
Фотоинициатор изопропилтиоксантон
1-15
В таблице №2 приведены примеры используемых рецептур колорантов, позволяющих получить гель-лак, причем соотношение бесцветной акрил полиуретановой композиции и цветных пигментных паст приведены для трех вариантов используемых колорантов  (К1, К2 и К3).
Таблица № 2
Соотношение бесцветной акрил полиуретановой композиции и цветного колоранта
№ п/п
Условное обозначение колоранта
Кол-во бесцветной акрил полиуретановой основы, г
Пигментная паста
Кол-во пигментной пасты, г
1
К1
500
PBk-11
500
2
500
R-30011-1
500
3
K3
500
W-30001-1
196
G-30016-1
23
O-30017-1
168
R-30014-1
13
Процесс перемешивания компонентов в диссольвере проводили при строгом соблюдении температурного режима, температура смеси поддерживалась в диапазоне температур от +20ºс до +50ºс, так как увеличение температуры выше +55ºс отразилось бы на качестве и стабильности получаемой продукции и могло бы привести к деструкции продукта и изменению оттенка. Охлаждение смеси осуществляли путем подачи охлаждающей жидкости в рубашку емкости диссольвера, после чего отколерованную акрил полиуретановую композицию загружали в вакуумную камеру с давлением -0,05÷-0,5 Мпа, снабженную тихоходной мешалкой, вращающейся со скоростью 40-80 об/мин, и проводили деаэрацию, перемешивая отколерованную акрил полиуретановую композицию  еще в течение не менее 30  минут.
Преимущество заявленного способа заключается в том, что качественный гель-лак получается только благодаря выбранным режимам работы и оборудованию, причем без использования каких-либо модифицирующих добавок, которые могут изменять вязкость, влиять на скорость и качество полимеризации, ухудшать адгезию и эластичность покрытий.
Синтезированную акрил-полиуретановую основу колеровали, проводили деаэрацию с применением тихоходной мешалки и без ее применения, а затем проводили наблюдения за длительностью стабильного хранения продукта (без расслоения). Результаты наблюдений  представлены в таблице №3.
Таблица №3
№ п/п
Условное обозначениеиспользуемых колорантов
Способ приготовления гель-лака
Длительность стабильного  хранения продукта
1
К1
Смешение только в диссольвере
13 дней
2
К1
С использованием заявленного способа
Более 180 дней
3
К2
Смешение только в диссольвере
15 дней
4
К2
С использованием заявленного способа
Более 180 дней
5
К3
Смешение только в диссольвере
13 дней
6
К3
С использованием заявленного способа
Более 180 дней
Результаты сравнения времени стабильного хранения готового продукта, полученного заявленным способом с деаэрацией в вакуумной камере с тихоходной мешалкой и без ее применения, отличаются более чем на порядок, что демонстрирует эффективность заявленных режимов вакуумирования с тихоходной мешалкой для стабилизации пигментов в вязких гель-лаках. Полученные заявленным способом гель-лаки показывают устойчивость декоративных и защитных свойств и рекомендуются для промышленного производства.