Въведение
Пазарът на гелове за нокти (тези, които се втвърдяват) и лакове за нокти (тези, които съхнат на въздух) предлага голямо разнообразие от продукти - от прозрачни до черни, включително всички цветове на дъгата. Въпреки че първият критерий за избор често е естетическият, потребителят иска също така продукт, който е практичен за нанасяне и осигурява желаното покритие и ефективност. За тази цел перфектният гел или лак за нокти трябва да се усеща като сравнително течен за лесно нанасяне с четка, но без да се разтича извън нокътя. Времето за съхнене или втвърдяване трябва да е възможно най-кратко и да води до гладка повърхност за безупречен външен вид. И накрая, желателно е маникюрът да е дълготраен, без да е прекалено труден за премахване.
Някои видове гелове за нокти изискват UV лампа за втвърдяване. Тези продукти съдържат фотоинициатор, който ще инициира реакцията на втвърдяване, веднага щом гелът влезе в контакт с подходящите дължини на вълните, излъчвани от лампата.
Времето на експозиция, дължината на вълната и интензитетът на лампата са от голямо значение, за да може гелът за нокти да се втвърди по правилния начин.
Експериментален
Ултравиолетовото втвърдяване на три гела за нокти беше характеризирано по два различни метода:
- Диференциална сканираща калориметрия (DSC): използва се за получаване на информация за скоростта и времето на втвърдяване.
- Ротационна реометрия за характеризиране на промяната на модула на гела за нокти по време на UV експозицията.
Цветовете на пробите бяха червен, черен и прозрачен. Прозрачната проба съдържаше суспендирани блясъци.
В таблица 1 са обобщени условията, при които са тествани трите различни проби.
Таблица 1: Условия за измерване
| DSC | Устройство | DSC 300 Caliris® с H-модул |
|---|---|---|
| Маса на пробата | 3.0 mg | |
| Тигел | Concavus®® (алуминиев, отворен) | |
| Температура | 30°C (изотермична) | |
| Атмосфера | Азот (20 ml/min) | |
| Лампа | Omnicure® S 2000 (диапазон на дължината на вълната: 320 до 500 nm) | |
| Продължителност на експозицията | 180 s | |
| Ротационна реометрия | Устройство | Kinexus |
| Геометрия | PP8 (плоча/плоча, диаметър: 8 mm) | |
| Пролука | 250 μm | |
| Температура | 25°C | |
| Атмосфера | Околна среда (въздух) | |
| Лампа | Omnicure® S 2000 (диапазон на дължината на вълната: 320 до 500 nm) | |
| Продължителност на експозицията | 30 s |
DSC - функционален принцип
Въз основа на ISO 11357 DSC с топлинен поток е техника, при която разликата между скоростта на топлинния поток в тигела на пробата и тази в референтния тигел се определя като функция на температурата и/или времето. По време на такова измерване пробата и еталонът са подложени на една и съща контролирана програма за температура/време и атмосфера.
Ротационна реометрия (измерване на осцилации) - функционален принцип
Горната плоча се колебае с определена честота f [Hz] (или ω [rad/s]) и амплитуда [%] (или деформация на срязване γ [%]), γ = γo + sin (ωt).
Определя се напрежението на срязване σ [Pa], необходимо за това трептене: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Резултат: Определят се вискоеластичните свойства на образеца, по-специално неговата комплексна коравина G* (|G*| в [Pa]).
"Вътрефазната" част на G* е свързана с еластичните свойства (→ G', модул на срязване за съхранение), а "външнофазната" част - с вискозните свойства (→ G'', модул на срязване за загуба) на вискоеластичния материал.
Термичен анализ и скорост на втвърдяване
Ефектите на втвърдяване могат да се наблюдават в DSC кривите под формата на екзотермични ефекти. Реакцията на втвърдяване може да бъде инициирана или от топлина, или от ултравиолетова светлина, когато се използва DSC, оборудван с ултравиолетова лампа (фото-DSC).
На фигура 1 са показани фото-DSC-кривите, получени по време на излагане на UV лъчи на трите гела за нокти. Площта на пика представлява енталпията на втвърдяване. Колкото по-висока е стойността, толкова повече енергия се освобождава по време на реакцията.
Прозрачната проба, съдържаща блясък, има пик на втвърдяване с най-висока реакционна енталпия (211 J/g). Това не означава, че той се нуждае от повече време от другите два, за да завърши реакцията. Всъщност той е и този, който реагира най-бързо, както показва наклонът на кривата преди достигане на максималния пик: Той е най-стръмен за този материал. Фигура 2, която представя скоростта на превръщане за трите проби, илюстрира този резултат. Колкото по-висока е стойността на пиковия максимум и колкото по-стръмен е наклонът преди достигането на пиковия максимум, толкова по-бърза е скоростта на преобразуване. Следователно втвърдяването е най-бързо за прозрачната проба с глитери (пиковият максимум е достигнат още при 11,5 s след излагане на UV светлина и е свързан с най-високата скорост на преобразуване от 7,0 %/s).
За разлика от тях черната проба показва противоположно поведение. Реакцията е най-бавна (по-постепенен наклон на кривата преди пиковия максимум, което води до крива на скоростта на превръщане с пиков максимум от 3,8 %/s при 12,3 s) и е свързана с най-ниско освобождаване на енергия (127 J/g).
Червеният гел за нокти показва поведение на втвърдяване между другите два, както за скоростта на реакцията, така и за енталпията на втвърдяване.
На фигура 3 са показани кривите на комплексния модул за трите образеца. Преди втвърдяване всички образци имат сходна твърдост от 70-80 Pa. Значителното увеличение на модула показва, че е започнало втвърдяване. Подобно на DSC, наклонът на кривата е свързан със скоростта на реакцията. Резултатите корелират с тези, получени с DSC: прозрачният гел за нокти с блясък се втвърдява най-бързо, а черната проба показва най-бавно втвърдяване от трите проби.
Пробите се различават и по крайния си модул. Модулът на прозрачния гел с блясък се увеличава с 6 десети по време на втвърдяването, докато при черния гел той е по-малко от 4 десети. Това означава, че прозрачният гел показва най-висока твърдост след втвърдяване.
Освен това на фигура 4 са показани кривите на G', G'' и δ по време на процеса на втвърдяване под ултравиолетова светлина на черния образец. В началото на измерването вискозният модул на срязване (G", синьо) е по-висок от еластичния модул на срязване (G', червено). Фазовият ъгъл е висок (повече от 80°). Това означава, че при тези условия на измерване, преди втвърдяване, гелът за нокти се държи почти като съвършена вискозна течност с много слаби еластични свойства.
Реакцията на втвърдяване води до увеличаване както на G', така и на G''. Те се пресичат 7 секунди след излагането на UV лъчи. На практика пресичането означава, че от този момент нататък мрежата, изградена чрез втвърдяване, е достатъчно силна, за да предотврати изтичането на материала във времевата скала, съответстваща на 1 Hz. В края на измерването кривите на G' и G" продължават да се увеличават, макар това увеличение да не е значително. Излагането на ултравиолетова светлина инициира процес на втвърдяване, който може да продължи въпреки изключването на лампата.
Фазов ъгъл
Фазовият ъгъл δ (δ = G''/G') е относителна мярка за вискозните и еластичните свойства на даден материал. Той варира от 0° за напълно еластичен материал до 90° за напълно вискозен материал.
Дали високата скорост на втвърдяване прави образеца по-добър?
По-бързото излекуване е от полза за потребителя. Разбира се, важни са и крайните свойства на маникюра след нанасянето му. Измерването на амплитудата след втвърдяване ни помага да предвидим поведението на геловете след втвърдяване, като предоставя информация за вътрешната им структура.
За тази цел на фигура 5 е сравнена линейно-вискозната област на двата крайни образеца (прозрачен с глитери и черен).
Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER-плоскостта на черния гел за нокти е по-широка с по-нисък модул от тази на прозрачната проба, което показва, че втвърденият черен гел вероятно ще бъде по-гъвкав.
Дори ако прозрачният гел за нокти се втвърди по-бързо от черния, той също ще прояви по-крехки свойства.
Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER - Линейна вискоеластична област
- Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER е амплитудният диапазон, в който деформацията и напрежението са пропорционални.
- В Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER приложените напрежения (или деформации) не са достатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване на структурата и следователно микроструктура
Заключение
DSC и ротационната реометрия са два допълващи се метода за характеризиране на втвърдяването на гелове за нокти.
И двата метода показват скоростта на втвърдяване. DSC 300 Caliris® допълнително предоставя информация за енергията, отделяна по време на втвърдяването, докато измерванията с Kinexus сравняват свойствата на различните продукти по време и след втвърдяването.