Influence of the main properties of polymer nanoparticles over their adsorption on human hair

Polymer nanoparticles (NPs) have attracted a lot of interest in the last few years, mainly due to the manifold properties and applications they are suitable for. This is why their importance is becoming more and more relevant in many fields. An example of such applications is the cosmetic field and the formulation of hygiene products. For example, in topical formulations, such as sunscreen or other creams, polymeric nanoparticles can be used to encapsulate active ingredients to allow a better penetration of the external skin layer, or in makeup and perfume, as the nanoparticles degrade throughout the day, pigment or fragrance can be released prolonging the perception of the perfume. In particular, with the aim of prolonging the perception of the perfume from the hair products, such as shampoo and conditioner, it is highly desirable that the NPs adsorb on the surface of the hair during the washing and remain stick until they completely release the fragrance encapsulated in the polymer network. With this aim clear in mind, we studied in this work the influence of the main NP properties, including size, glass transition temperature and surface charge, over their adsorption on human hair. Nanoparticles were produced with different monomers and methods in order to tune their size, surface potential and glass transition temperature and quantify their adsorption on hair for particles with various characteristics. The polymerization techniques used were the free radical emulsion polymerization and the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. Once produced, the nanoparticles were characterized to investigate their surface potential, their size and PDI. The aim was to obtain stable and monodisperse particles. To obtain the adsorption isotherm the adsorption of nanoparticles in contact with human hair was studied with a batch method. The hair was in contact with a constant volume of latex and the variation of concentration of the suspension was evaluated through periodic withdrawals. The reproducibility of this method was verified conducting each experiment twice.

L’utilizzo di nanoparticelle polimeriche è diventato un campo sempre più interessante negli ultimi anni, soprattutto a causa delle proprietà che le rendono adatte per essere utilizzate in un gran numero di applicazioni. La loro importanza infatti sta diventando sempre più rilevante in svariati campi, come quello dei cosmetici e dei prodotti per l’igiene. Un esempio sono le formulazioni delle protezioni solari o di altre creme, nelle quali le particelle polimeriche vengono utilizzate per incapsulare gli ingredienti attivi e favorire una migliore penetrazioni degli strati esterni della pelle. Un’altra possibile applicazione è nelle formulazioni di cosmetici e profumi, nei quali le nanoparticelle, degradando lentamente nel tempo, rilasciano i pigmenti o la fragranza prolungando la percezione del profumo. In particolare, con l’obiettivo di prolungare il rilascio del profumo dei prodotti per capelli, come shampoo e balsamo, vogliamo che le nanoparticelle si adsorbano sulla superficie del capello durante il lavaggio e vi rimangano fino al completo rilascio della fragranza incapsulata nella struttura del polimero. Con questo obiettivo, abbiamo studiato l’influenza delle principali caratteristiche delle nanoparticelle, come dimensione, temperatura di transizione vetrosa e carica superficiale, sul loro adsorbimento sui capelli. Le particelle sono state prodotte tramite diversi metodi e utilizzando diversi monomeri in modo da poterne regolarne le proprietà, per poter studiare l’adsorbimento sui capelli per particelle con diverse caratteristiche. Le tecniche di polimerizzazione utilizzate sono state l’emulsion free radical polymerization e la polimerizzazione reversibile di trasferimento a catena di addizione-frammentazione (RAFT). Una volta prodotte le nanoparticelle sono state caratterizzate per quantificare la loro carica superficiale, diametro medio e PDI. L’obiettivo era infatti di ottenere particelle stabili e monodisperse. A questo punto per ottenere le isoterme di adsorbimento il contatto tra nanoparticelle e capelli è stato effettuato tramite un metodo discontinuo (batch). I capelli venivano mantenuti in contatto con un volume costante di lattice a concentrazione iniziale nota. La variazione di concentrazione della sospensione è stata valutata tramite dei prelievi periodici. La riproducibilità di questo metodo è stata verificata conducendo ogni esperimento due volte.