Úvod
Trh s gely na nehty (ty, které se vytvrzují) a laky na nehty (ty, které schnou na vzduchu) nabízí širokou škálu produktů od průhledných po černé, včetně všech barev duhy. I když prvním kritériem výběru je často estetické hledisko, spotřebitel chce také výrobek, který se prakticky aplikuje a poskytuje požadovaný povrch a výkon. Za tímto účelem by měl být dokonalý gel nebo lak na nehty relativně tekutý pro snadnou aplikaci štětcem, ale bez stékání mimo nehet. Doba schnutí nebo vytvrzení by měla být co nejkratší a měla by vést k hladkému povrchu pro bezchybný vzhled. V neposlední řadě je také žádoucí, aby manikúra byla dlouhotrvající, aniž by se příliš obtížně odstraňovala.
Některé typy gelů na nehty vyžadují k vytvrzení UV lampu. Tyto výrobky obsahují fotoiniciátor, který zahájí vytvrzovací reakci, jakmile je gel v kontaktu s vhodnými vlnovými délkami vyzařovanými lampou.
Pro správné vytvrzení gelu na nehty je velmi důležitá doba expozice, vlnová délka a intenzita lampy.
Experimentální
UV vytvrzování tří gelů na nehty bylo charakterizováno dvěma různými metodami:
- Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC): sloužila k získání informací o rychlosti a době vytvrzování.
- Rotační reometrie k charakterizaci změny modulu pružnosti gelu na nehty během UV expozice.
Barvy vzorků byly červená, černá a čirá. Čirý vzorek obsahoval suspendované třpytky.
Tabulka 1 shrnuje podmínky, za kterých byly testovány tři různé vzorky.
Tabulka 1: Podmínky měření
| DSC | Zařízení | DSC 300 Caliris® s H-modulem |
|---|---|---|
| Hmotnost vzorku | 3.0 mg | |
| Kelímek | Concavus®® (hliníkový, otevřený) | |
| Teplota | 30 °C (izotermická) | |
| Atmosféra | Dusík (20 ml/min) | |
| Lampa | Omnicure® S 2000 (rozsah vlnových délek: 320 až 500 nm) | |
| Doba expozice | 180 s | |
| Rotační reometrie | Zařízení | Kinexus |
| Geometrie | PP8 (deska/deska, průměr: 8 mm) | |
| Mezera | 250 μm | |
| Teplota | 25°C | |
| Atmosféra | Okolní prostředí (vzduch) | |
| Lampa | Omnicure® S 2000 (rozsah vlnových délek: 320 až 500 nm) | |
| Doba expozice | 30 s |
DSC - princip funkce
Na základě normy ISO 11357 je tepelný tok DSC technikou, při níž se rozdíl mezi tepelným tokem do kelímku se vzorkem a do referenčního kelímku určuje jako funkce teploty a/nebo času. Při tomto měření jsou vzorek a referenční kelímek vystaveny stejnému řízenému teplotnímu/časovému programu a atmosféře.
Rotační reometrie (měření oscilací) - princip funkce
Horní deska kmitá s definovanou frekvencí f [Hz] (nebo ω [rad/s]) a amplitudou [%] (nebo smykovou deformací γ [%]), γ = γo + sin (ωt).
Smykové napětí σ [Pa] potřebné pro toto kmitání je určeno: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Výsledek: Určí se viskoelastické vlastnosti vzorku, zejména jeho komplexní tuhost G* (|G*| v [Pa]).
Část G* "ve fázi" souvisí s elastickými vlastnostmi (→ G', skladovací smykový modul), část "mimo fázi" s viskózními vlastnostmi (→ G'', ztrátový smykový modul) viskoelastického materiálu.
Tepelná analýza a rychlost vytvrzování
Vliv vytvrzování lze na DSC křivkách pozorovat v podobě ExotermickéPřechod vzorku nebo reakce je exotermická, pokud při ní vzniká teplo.exotermických jevů. Vytvrzovací reakce může být iniciována buď teplem, nebo UV světlem při použití DSC vybaveného UV lampou (foto-DSC).
Na obrázku 1 jsou znázorněny foto-DSC křivky získané během UV expozice tří gelů na nehty. Plocha píku představuje entalpii vytvrzování. Čím vyšší hodnota, tím více energie se během reakce uvolní.
Čirý vzorek obsahující třpytky má vytvrzovací pík s nejvyšší reakční entalpií (211 J/g). To však neznamená, že k dokončení reakce potřebuje více času než ostatní dva. Ve skutečnosti je to také ten, který reaguje nejrychleji, jak ukazuje sklon křivky před dosažením maxima píku: U tohoto materiálu je nejstrmější. Tento výsledek ilustruje obrázek 2, který znázorňuje rychlost konverze pro všechny tři vzorky. Čím vyšší je hodnota vrcholového maxima a čím strmější je sklon před vrcholovým maximem, tím rychlejší je rychlost konverze. Z toho vyplývá, že vytvrzování je nejrychlejší u čirého vzorku s glitry (vrcholového maxima bylo dosaženo již 11,5 s po expozici UV světlem a je spojeno s nejvyšší rychlostí konverze 7,0 %/s).
Naproti tomu černý vzorek vykazuje opačné chování. Reakce je nejpomalejší (pozvolnější sklon křivky před maximem, což vede ke křivce rychlosti konverze s maximem 3,8 %/s ve 12,3 s) a je spojena s nejnižším uvolněním energie (127 J/g).
Červený gel na nehty vykazuje chování při vytvrzování mezi ostatními dvěma, a to jak pro rychlost reakce, tak pro entalpii vytvrzování.
Na obrázku 3 jsou zobrazeny křivky komplexního modulu pružnosti pro všechny tři vzorky. Před vytvrzením mají všechny vzorky podobnou tuhost 70-80 Pa. Výrazný nárůst modulu naznačuje, že vytvrzování začalo. Podobně jako u DSC souvisí sklon křivky s rychlostí reakce. Výsledky korelují s výsledky získanými pomocí DSC: čirý gel na nehty s glitry vytvrzuje nejrychleji a černý vzorek vykazuje ze všech tří vzorků nejpomalejší vytvrzování.
Vzorky se liší také konečným modulem pružnosti. Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. Modul pružnosti čirého gelu s glitry se během vytvrzování zvýší o 6 dekád, zatímco u černého gelu o necelé 4 dekády. To znamená, že čirý gel vykazuje po vytvrzení nejvyšší tuhost.
Obrázek 4 navíc ukazuje křivky G', G'' a δ během vytvrzování pod UV světlem černého vzorku. Na začátku měření je viskózní smykový modul (G", modrá barva) vyšší než elastický smykový modul (G', červená barva). Fázový úhel je vysoký (více než 80°). To znamená, že za těchto podmínek měření se gel na nehty před vytvrzením chová téměř jako dokonalá viskózní kapalina s jen velmi slabými elastickými vlastnostmi.
Vytvrzovací reakce vede ke zvýšení G' i G''. Ty se překříží 7 sekund po vystavení UV záření. V praxi křížení znamená, že od této doby je síť vybudovaná Vytvrzování (síťovací reakce)V doslovném překladu termín "crosslinking" znamená "křížové propojení". V chemickém kontextu se používá pro reakce, při nichž se molekuly spojují kovalentními vazbami a vytvářejí trojrozměrné sítě.vytvrzováním dostatečně silná, aby zabránila toku materiálu v časové škále odpovídající 1 Hz. Na konci měření křivky G' a G" stále rostou, i když tento nárůst není výrazný. Působení UV záření iniciovalo proces vytvrzování, který je schopen pokračovat i přes vypnutí lampy.
Fázový úhel
Fázový úhel δ (δ = G''/G') je relativní mírou viskózních a elastických vlastností materiálu. Pohybuje se v rozmezí od 0° pro plně pružný materiál do 90° pro plně viskózní materiál.
Zlepšuje vysoká rychlost vytvrzování vzorek?
Rychlejší vyléčení je pro spotřebitele výhodné. Důležité jsou však samozřejmě i konečné vlastnosti manikúry po aplikaci. Amplitudové měření po vytvrzení nám pomáhá předvídat chování gelů po vytvrzení tím, že poskytuje informace o jejich vnitřní struktuře.
Za tímto účelem je na obrázku 5 porovnána lineárně-viskoelastická oblast dvou krajních vzorků (čirého s glitry a černého).
Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER-plocha černého gelu na nehty je širší s nižším modulem pružnosti než u čirého vzorku, což naznačuje, že vytvrzený černý gel bude pravděpodobně pružnější.
I když čirý gel na nehty vytvrzuje rychleji než černý, bude také vykazovat křehčí vlastnosti.
Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER - Lineární viskoelastická oblast
- Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER je oblast amplitud, kde jsou deformace a napětí úměrné.
- V Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER jsou aplikovaná napětí (nebo deformace) nedostatečná na to, aby způsobila strukturální poruchu struktury, a proto se mikrostruktura může změnit
Závěr
DSC a rotační reometrie jsou dvě doplňující se metody pro charakterizaci vytvrzování gelů na nehty.
Obě metody upozorňují na rychlost vytvrzování. DSC 300 Caliris® navíc poskytuje informace o energii uvolněné během vytvrzování, zatímco měření pomocí přístroje Kinexus porovnává vlastnosti různých výrobků během vytvrzování a po něm.